JP7227111B2 - working machine - Google Patents

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Description

本発明は、作業装置を有する作業機械に関する。 The present invention relates to a working machine having a working device.

近年、情報化施工への対応に伴い、ブーム、アーム、バケットなどの被駆動部材を有する作業装置(フロント作業機)の姿勢やバケット等の作業具の位置をオペレータに対して表示するマシンガイダンス機能や、バケット等の作業具が施工目標面に沿って動くよう制御するマシンコントロール機能などを有する作業機械が実用化されている。特に、施工現場における自車の座標を利用してマシンガイダンスやマシンコントロールの作業支援を行うものを3次元情報化施工(3D情報化施工)と呼ぶ。3D情報化施工に対応する作業機械では、例えば、位置検出装置としての機能を有する汎地球測位航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)によって自車の位置情報や方位情報(向きに関する情報)を取得している。 In recent years, along with the response to computer-aided construction, a machine guidance function that displays to the operator the posture of work equipment (front work equipment) that has driven members such as booms, arms, and buckets, and the position of work tools such as buckets. Also, working machines having a machine control function for controlling movement of a working tool such as a bucket along a work target surface have been put to practical use. In particular, three-dimensional information-aided construction (3D information-aided construction) refers to work support for machine guidance and machine control using the coordinates of the own vehicle at the construction site. For work machines that support 3D information-based construction, for example, the position information and direction information (information related to orientation) of the own vehicle can be obtained by the Global Navigation Satellite System (GNSS), which has a function as a position detection device. have obtained.

一方、GNSSにおいては、十分な数の衛星信号(測位信号)を捕捉できない場合には衛星測位が正常に実施されなくなり、位置情報や方位情報を取得できなくなってしまう。位置情報や方位情報を取得できなければ、マシンガイダンスシステムやマシンコントロールシステムの機能を停止せざるを得ない。つまり、マシンガイダンスやマシンコントロールを停止する頻度が高くなると作業効率が著しく低下してしまう。 On the other hand, in GNSS, if a sufficient number of satellite signals (positioning signals) cannot be captured, satellite positioning cannot be performed normally, and position information and azimuth information cannot be acquired. If position information and direction information cannot be acquired, the functions of the machine guidance system and the machine control system must be stopped. In other words, if the machine guidance or machine control is stopped frequently, the work efficiency will drop significantly.

そこで、例えば、特許文献1には、作業具を有する作業機を備える作業機械を制御する制御システムであって、前記作業機械の位置情報を検出する位置検出装置と、前記位置検出装置によって検出された位置情報に基づき前記作業機の位置を求め、かつ目標形状を示す目標施工面の情報から前記作業機の掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形情報を生成する生成部と、前記生成部から取得した前記目標掘削地形情報に基づいて、前記作業機が掘削対象に接近する方向の速度が制限速度以下になるように制御する掘削制御を実行する作業機制御部と、を含み、前記作業機制御部は、前記掘削制御を実行中に前記目標掘削地形情報を取得できない場合、取得できなくなった時点よりも前の前記目標掘削地形情報を用いて前記掘削制御を継続する、作業機械の制御システムが開示されている。 Therefore, for example, Patent Document 1 discloses a control system for controlling a work machine including a work machine having a work tool, comprising a position detection device for detecting position information of the work machine, and a position detected by the position detection device. a generation unit that obtains the position of the work machine based on the position information obtained from the work machine and generates target excavation landform information that indicates a target shape of an object to be excavated by the work machine from information of a target construction surface that shows the target shape; a work implement control unit that performs excavation control to control a speed in a direction in which the work implement approaches an excavation target to be equal to or less than a speed limit, based on the acquired target excavation landform information; A control system for a work machine, wherein, when the target excavation landform information cannot be acquired during execution of the excavation control, the control unit continues the excavation control using the target excavation landform information before the time when the target excavation landform information cannot be acquired. is disclosed.

国際公開第2015/181990号WO2015/181990

上記従来技術においては、GNSSを構成する測位衛星から送信される基準位置データを作業機械のGNSSアンテナで受信できなくなった場合でも、作業機械が走行または旋回を実施しない限りにおいてマシンコントロールを継続することにより作業効率の低下の抑制を図っている。 In the conventional technology described above, even if the GNSS antenna of the working machine cannot receive the reference position data transmitted from the positioning satellites constituting the GNSS, the machine control is continued as long as the working machine does not run or turn. We are trying to suppress the decline in work efficiency.

ところで、作業機械の一つである油圧ショベルのフロント作業機は金属部材で構成されるため、GNSSアンテナで受信すべき衛星信号がフロント作業機によって反射されたり遮断されたりすることが考えられる。また、油圧ショベルの掘削動作においては、フロント作業機が上下動作を繰り返すため、衛星信号の反射や遮断が繰り返し発生するような環境になる。このような使用環境においては、GNSSアンテナが受信可能な衛星信号数は変化するものの、測位演算には十分な衛星信号数が確保できるため、GNSS受信機は測位演算を継続することができる。しかしながら、GNSSアンテナが受信している衛星信号数や衛星信号の受信対象である衛星の配置が結果的に変わってしまうため、測位結果がばらついてしまうことが考えられる。 By the way, since the front working machine of the hydraulic excavator, which is one of the working machines, is made of a metal member, it is conceivable that the satellite signal to be received by the GNSS antenna may be reflected or blocked by the front working machine. Further, in the excavation operation of the hydraulic excavator, since the front working machine repeats vertical movement, an environment is created in which satellite signals are repeatedly reflected and interrupted. In such a usage environment, although the number of satellite signals that can be received by the GNSS antenna changes, a sufficient number of satellite signals can be secured for positioning calculation, so the GNSS receiver can continue positioning calculation. However, since the number of satellite signals received by the GNSS antenna and the arrangement of satellites from which satellite signals are to be received change as a result, it is conceivable that positioning results may vary.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、測位衛星からの測位信号を用いる位置検出装置による測位精度を適切に評価することによって、施工精度の確保と作業効率低下の抑制とを両立することができる作業機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and by appropriately evaluating the positioning accuracy of a position detection device that uses positioning signals from positioning satellites, it is possible to ensure both construction accuracy and work efficiency reduction. The purpose is to provide a working machine that can

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数のフロント部材からなる多関節型のフロント作業機と、前記上部旋回体及び前記フロント作業機に設けられ、前記上部旋回体及び前記フロント作業機の姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置と、前記上部旋回体に設けられ、前記上部旋回体の位置情報及び前記位置情報の分散を測位衛星からの測位信号を用いて検出する位置情報検出装置と、前記姿勢情報検出装置で検出した姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出した位置情報とに基づいて、オペレータへの作業案内を行うガイダンスシステムとを備えた作業機械において、前記ガイダンスシステムは、前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出された位置情報の分散とに基づいて、前記フロント作業機に設定された参照点の位置の分散を算出し、前記参照点の位置の分散を予め定めた統計手法で近似的に座標変換することにより求めた位置と前記参照点との距離が、予め定めた作業目標面と前記参照点との距離と前記作業目標面について予め定めた許容誤差との和よりも大きい場合には低精度状態であると判定する前記参照点の位置の精度判定処理を行い、前記精度判定処理で低精度状態であると判定した場合には、その旨を前記オペレータに通知するものとする。 The present application includes a plurality of means for solving the above problems. To give an example, an undercarriage; An articulated front working machine comprising a plurality of front members attached and rotatably connected; An attitude information detection device for detecting attitude information, which is information, and a position information detector provided on the upper slewing structure for detecting position information of the upper slewing structure and dispersion of the position information using positioning signals from positioning satellites. and a guidance system that provides work guidance to an operator based on posture information detected by the posture information detection device and position information detected by the position information detection device, wherein the guidance system comprises: calculating the positional variance of the reference points set for the front working machine based on the positional information detected by the positional information detecting device and the positional information detected by the positional information detecting device ; The distance between the position obtained by approximately coordinate-transforming the dispersion of the positions of the reference points by a predetermined statistical method and the reference point is the distance between the predetermined work target plane and the reference point and the work target. When it is determined that the reference point is in a low-accuracy state when it is larger than the sum of the surface and a predetermined allowable error, and the accuracy determination processing determines that the reference point is in a low-accuracy state. shall notify the operator to that effect.

本発明によれば、測位衛星からの測位信号を用いる位置検出装置による測位精度を適切に評価することによって、施工精度の確保と作業効率低下の抑制とを両立することができる。 According to the present invention, by appropriately evaluating the positioning accuracy of a position detection device that uses positioning signals from positioning satellites, it is possible to ensure construction accuracy and suppress work efficiency from decreasing.

作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing the appearance of a hydraulic excavator, which is an example of a working machine; FIG. 油圧ショベルに搭載されるコントローラの処理機能の一部を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing part of processing functions of a controller mounted on the hydraulic excavator; コントローラの処理機能の詳細を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing details of processing functions of a controller; 施工現場に設定される座標系を油圧ショベルとともに模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a coordinate system set at a construction site together with a hydraulic excavator; フロント作業機に設定される参照点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reference point set to a front work machine. フロント作業機に設定される参照点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reference point set to a front work machine. フロント作業機に設定される参照点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reference point set to a front work machine. フロント作業機に設定される参照点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reference point set to a front work machine. フロント作業機に設定される参照点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reference point set to a front work machine. フロント作業機に設定される参照点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reference point set to a front work machine. フロント作業機に設定される参照点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reference point set to a front work machine. 精度判定部における精度判定処理の基本的な考え方を説明する図である。It is a figure explaining the basic concept of the accuracy determination process in an accuracy determination part. 精度判定部における精度判定処理の基本的な考え方を説明する図である。It is a figure explaining the basic concept of the accuracy determination process in an accuracy determination part. 精度判定部における精度判定処理の基本的な考え方を説明する図である。It is a figure explaining the basic concept of the accuracy determination process in an accuracy determination part. 精度判定処理の処理内容について説明する図である。It is a figure explaining the processing content of an accuracy determination process. 精度判定処理の処理内容について説明する図である。It is a figure explaining the processing content of an accuracy determination process. 精度判定処理の処理内容について説明する図である。It is a figure explaining the processing content of an accuracy determination process. ポジショニング演算部における処理内容を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing processing contents in a positioning calculation unit; 第2の実施の形態に係るコントローラの処理機能の詳細を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing details of processing functions of a controller according to the second embodiment; FIG. 第2の実施の形態に係る精度判定処理の処理内容について説明する図である。It is a figure explaining the processing content of the accuracy determination process which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る精度判定処理の処理内容について説明する図である。It is a figure explaining the processing content of the accuracy determination process which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る精度判定処理の処理内容について説明する図である。It is a figure explaining the processing content of the accuracy determination process which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る精度判定処理の処理内容について説明する図である。It is a figure explaining the processing content of the accuracy determination process which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係るポジショニング演算部における処理内容を示すフローチャートである。9 is a flow chart showing processing contents in a positioning calculation unit according to the second embodiment; 第4の実施の形態に係るコントローラの処理機能の詳細を模式的に示す図である。FIG. 13 is a diagram schematically showing details of processing functions of a controller according to the fourth embodiment; FIG. 第4の実施の形態に係るコントローラの処理機能の詳細を模式的に示す図である。FIG. 13 is a diagram schematically showing details of processing functions of a controller according to the fourth embodiment; FIG. 第4の実施の形態に係る方位角の算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of the azimuth angle based on 4th Embodiment. 本発明の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of this invention. 本発明の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of this invention. 本発明の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of this invention. 本発明の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of this invention. 本発明の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of this invention.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として油圧ショベルを例示して説明するが、フロント作業機を有する他の作業機械においても本発明を適用することも可能である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a hydraulic excavator will be described as an example of a working machine, but the present invention can also be applied to other working machines having a front working machine.

<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態を図1~図10を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10. FIG.

図1は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the appearance of a hydraulic excavator, which is an example of a working machine according to the present embodiment.

図1において、油圧ショベル100は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材(ブーム4、アーム5、バケット(作業具)6)を連結して構成された多関節型のフロント作業機1と、車体を構成する上部旋回体2及び下部走行体3とを備え、上部旋回体2は下部走行体3に対して旋回可能に設けられている。また、フロント作業機1のブーム4の基端は上部旋回体2の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム5の一端はブーム4の基端とは異なる端部(先端)に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム5の他端にはバケット6が垂直方向に回動可能に支持されている。ブーム4、アーム5、バケット6、上部旋回体2、及び下部走行体3は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ4a、アームシリンダ5a、バケットシリンダ6a、旋回モータ2a、及び左右の走行モータ3a(ただし、一方の走行モータのみ図示)によりそれぞれ駆動される。 In FIG. 1, a hydraulic excavator 100 is a multi-joint type front working machine 1 configured by connecting a plurality of driven members (a boom 4, an arm 5, and a bucket (working tool) 6) that rotate in the vertical direction. , and an upper revolving body 2 and a lower running body 3 that constitute a vehicle body, and the upper revolving body 2 is provided so as to be able to turn relative to the lower running body 3 . The base end of the boom 4 of the front working machine 1 is supported by the front part of the upper swing body 2 so as to be capable of rotating in the vertical direction, and one end of the arm 5 is an end different from the base end of the boom 4 (tip end). ) is rotatably supported in the vertical direction, and a bucket 6 is supported at the other end of the arm 5 so as to be rotatable in the vertical direction. The boom 4, the arm 5, the bucket 6, the upper rotating body 2, and the lower traveling body 3 are hydraulic actuators such as a boom cylinder 4a, an arm cylinder 5a, a bucket cylinder 6a, a swing motor 2a, and left and right traveling motors 3a (however, (only one travel motor is shown).

オペレータが搭乗する運転室9には、種々の情報が表示されるモニタ30(後の図2参照)のほか、油圧アクチュエータ2a~6aを操作するための操作信号を出力する操作レバー(操作装置)9a,9bが設けられている。図示はしないが操作レバー9a,9bはそれぞれ前後左右に傾倒可能であり、操作信号であるレバーの傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を制御装置であるコントローラ20(後の図2参照)に電気配線を介して出力する。つまり、操作レバー9a,9bの前後方向または左右方向に、油圧アクチュエータ2a~6aの操作がそれぞれ割り当てられている。なお、詳述を省略するが、運転室9には走行モータ3aを操作するための操作信号を出力する走行操作レバーも設けられている。 In the driver's cab 9 where the operator rides, there is a monitor 30 (see FIG. 2 later) on which various information is displayed, as well as an operation lever (operating device) for outputting an operation signal for operating the hydraulic actuators 2a to 6a. 9a and 9b are provided. Although not shown, the operating levers 9a and 9b can be tilted forward, backward, leftward, and rightward. The amount of lever operation is output to a controller 20 (see later FIG. 2), which is a control device, via electrical wiring. That is, the operations of the hydraulic actuators 2a to 6a are assigned to the front-rear direction or left-right direction of the operation levers 9a and 9b, respectively. Although not described in detail, the operator's cab 9 is also provided with a travel control lever for outputting an operation signal for operating the travel motor 3a.

ブームシリンダ4a、アームシリンダ5a、バケットシリンダ6a、旋回モータ2a及び左右の走行モータ3aの動作制御は、図示しないエンジンや電動モータなどの原動機によって駆動される油圧ポンプ装置7から各油圧アクチュエータ2a~6aに供給される作動油の方向及び流量をコントロールバルブ8で制御することにより行う。コントロールバルブ8は、図示しないパイロットポンプから電磁比例弁を介して出力される駆動信号(パイロット圧)により行われる。操作レバー9a,9bからの操作信号に基づいてコントローラ20で電磁比例弁を制御することにより、各油圧アクチュエータ2a~6aの動作が制御される。 The boom cylinder 4a, the arm cylinder 5a, the bucket cylinder 6a, the swing motor 2a, and the left and right traveling motors 3a are controlled by hydraulic actuators 2a to 6a from a hydraulic pump device 7 driven by a prime mover such as an engine or an electric motor (not shown). A control valve 8 controls the direction and flow rate of the hydraulic oil supplied to . The control valve 8 is driven by a drive signal (pilot pressure) output from a pilot pump (not shown) through an electromagnetic proportional valve. The operation of each hydraulic actuator 2a to 6a is controlled by controlling the electromagnetic proportional valve by the controller 20 based on the operation signal from the operation levers 9a and 9b.

なお、操作レバー9a,9bは油圧パイロット方式であってもよく、それぞれオペレータにより操作される操作レバー9a,9bの操作方向及び操作量に応じたパイロット圧をコントロールバルブ8に駆動信号として供給し、各油圧アクチュエータ2a~6aを駆動するように構成しても良い。 The operation levers 9a and 9b may be of a hydraulic pilot type, and the pilot pressure corresponding to the operation direction and operation amount of the operation levers 9a and 9b operated by the operator is supplied to the control valve 8 as a drive signal, It may be configured to drive each of the hydraulic actuators 2a to 6a.

上部旋回体2、ブーム4、アーム5、及びバケット6には、それぞれ、姿勢センサとして慣性計測装置(IMU: Inertial Measurement Unit)13~16が配置されている。以降、これらの慣性計測装置を区別する必要が有る場合は、それぞれ、車体慣性計測装置13、ブーム慣性計測装置14、アーム慣性計測装置15、及びバケット慣性計測装置16と称する。 Inertial Measurement Units (IMUs) 13 to 16 are arranged as attitude sensors in the upper rotating body 2, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, respectively. Hereinafter, when it is necessary to distinguish these inertial measurement devices, they are referred to as a vehicle body inertial measurement device 13, a boom inertial measurement device 14, an arm inertial measurement device 15, and a bucket inertial measurement device 16, respectively.

慣性計測装置13~16は、角速度及び加速度を計測するものである。慣性計測装置13~16が配置された上部旋回体2や各被駆動部材4~6が静止している場合を考えると、各慣性計測装置13~16に設定されたIMU座標系における重力加速度の方向(つまり、鉛直下向き方向)と、各慣性計測装置13~16の取り付け状態(つまり、各慣性計測装置13~16と上部旋回体2や各被駆動部材4~6との相対的な位置関係)とに基づいて、各被駆動部材4~6の向き(対地角度:水平方向に対する角度)、及び、上部旋回体2の前後方向の対地角度(ピッチ角)や左右方向の対地角度(ロール角)を姿勢に関する情報として検出することができる。ここで、慣性計測装置14~16は、複数の被駆動部材4~6及び上部旋回体2のそれぞれの姿勢に関する情報(以降、姿勢情報と称する)を検出する姿勢情報検出装置を構成している。なお、本実施の形態においては、慣性計測装置14~16が各角度を演算する機能を実装する場合を例示して説明するが、例えば、慣性計測装置に角度の演算機能が実装されていない場合には、後述するコントローラ20に角度の演算機能を実装すれば同様の処理を行うことができる。 The inertial measurement devices 13-16 measure angular velocity and acceleration. Considering the case where the upper rotating body 2 on which the inertial measurement devices 13 to 16 are arranged and the driven members 4 to 6 are stationary, the gravitational acceleration in the IMU coordinate system set for each inertial measurement device 13 to 16 is direction (that is, vertically downward direction) and the mounting state of each inertial measurement device 13-16 (that is, the relative positional relationship between each inertial measurement device 13-16 and the upper revolving body 2 and each driven member 4-6 ), the orientation of each of the driven members 4 to 6 (angle with respect to the ground: angle with respect to the horizontal direction), the angle of the upper rotating body 2 with respect to the ground in the longitudinal direction (pitch angle) and the angle with respect to the ground in the lateral direction (roll angle ) can be detected as information about the posture. Here, the inertial measurement devices 14 to 16 constitute an attitude information detection device that detects information (hereinafter referred to as attitude information) about the attitudes of the plurality of driven members 4 to 6 and the upper revolving body 2. . In this embodiment, the case where the inertial measurement devices 14 to 16 implement the function of calculating each angle will be described as an example. , the same processing can be performed by implementing an angle calculation function in the controller 20, which will be described later.

上部旋回体2の上部には、GNSS(Global Navigation Satellite System)用の受信アンテナ(GNSSアンテナ)17a,17bが配置されている。GNSSとは複数の測位衛星からの測位信号を受信し、地球上の自己位置を知る衛星測位システムのことである。GNSSアンテナ17a,17bは、地球上空に位置する複数の測位衛星からの測位信号を受信するものであり、得られた測位信号に基づいてGNSS受信機17c(後の図3参照)で演算を行うことにより、GNSSアンテナ17a,17bの地球座標系における位置を取得することができる。油圧ショベル100に対するGNSSアンテナ17a,17bの搭載位置は予め分かっているので、GNSSアンテナ17a,17bの地球座標系における位置を取得することで、施工現場の基準点に対する油圧ショベル100の位置や向き(方位角)を位置情報として取得することができる。また、GNSS受信機17cは、位置情報(位置、方位角)の演算にカルマンフィルタ(KF: Kalman Filter)などによる統計処理を用いているため、位置情報(位置、方位角)の分散を位置情報と同時にそれぞれ計算している。ここで、GNSSアンテナ17a,17bおよびGNSS受信機17cは、上部旋回体2の位置情報及び位置情報の分散を測位衛星からの測位信号を用いて検出する位置情報検出装置としてのGNSSシステム17を構成している。 Receiving antennas (GNSS antennas) 17a and 17b for GNSS (Global Navigation Satellite System) are arranged on the upper portion of the upper swing body 2 . GNSS is a satellite positioning system that receives positioning signals from a plurality of positioning satellites and knows its own position on the earth. The GNSS antennas 17a and 17b receive positioning signals from a plurality of positioning satellites located above the earth, and the GNSS receiver 17c (see later FIG. 3) performs calculations based on the obtained positioning signals. Thereby, the positions of the GNSS antennas 17a and 17b in the earth coordinate system can be acquired. Since the mounting positions of the GNSS antennas 17a and 17b with respect to the excavator 100 are known in advance, the position and orientation ( azimuth) can be obtained as position information. In addition, since the GNSS receiver 17c uses statistical processing such as a Kalman filter (KF) to calculate the position information (position, azimuth angle), the dispersion of the position information (position, azimuth angle) is used as the position information. are calculated at the same time. Here, the GNSS antennas 17a and 17b and the GNSS receiver 17c constitute a GNSS system 17 as a position information detection device that detects the position information of the upper slewing body 2 and the dispersion of the position information using positioning signals from positioning satellites. are doing.

なお、本実施の形態に係るGNSSシステム17は、施工現場内に設置されたGNSS固定局と無線通信によって接続することによって位置情報のRTK測位(Real Time Kinematic 測位)を実施するRTK-GNSSである場合を考える。また、GNSS固定局がない施工現場の場合には、インターネットを介して電子基準局の情報を取得するネットワーク型RTKを利用してもよい。以下の説明において、GNSSシステム17は、施工現場内の固定局の有無を問わずにRTK測位が実行可能であるとする。 In addition, the GNSS system 17 according to the present embodiment is an RTK-GNSS that performs RTK positioning (Real Time Kinematic positioning) of position information by connecting to a GNSS fixed station installed in the construction site by wireless communication. Consider the case. Moreover, in the case of a construction site without a GNSS fixed station, a network-type RTK that acquires information on electronic reference stations via the Internet may be used. In the following description, it is assumed that the GNSS system 17 can perform RTK positioning regardless of the presence or absence of fixed stations within the construction site.

図2は、油圧ショベルに搭載されるコントローラの処理機能の一部を模式的に示す図である。また、図3は、コントローラの処理機能の詳細を模式的に示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing part of the processing functions of a controller mounted on a hydraulic excavator. FIG. 3 is a diagram schematically showing details of processing functions of the controller.

図2及び図3において、コントローラ20は、油圧ショベル100の所定の位置に搭載されるものであって、油圧ショベル100の動作を制御するための種々の機能を有しており、その一部として、ポジショニング演算部20a、モニタ表示制御部20b、油圧システム制御部20c、及び作業目標面演算部20dの各機能部を有している。 2 and 3, the controller 20 is mounted at a predetermined position of the hydraulic excavator 100 and has various functions for controlling the operation of the hydraulic excavator 100. , a positioning calculation unit 20a, a monitor display control unit 20b, a hydraulic system control unit 20c, and a work target plane calculation unit 20d.

ポジショニング演算部20aは、GNSSシステム17で演算した位置情報と慣性計測装置13~16の検出結果(姿勢情報)とに基づいて、油圧ショベル100の施工現場内における位置座標、向き(方位角)、姿勢、及び、フロント作業機1の姿勢などの情報(3次元姿勢情報)を演算する3次元姿勢情報演算処理を行う。また、ポジショニング演算部20aは、GNSSシステム17による位置の検出精度を判定する精度判定処理を行い、検出精度が低下していると判定した場合には、低精度警告フラグを出力する。 The positioning calculation unit 20a calculates the position coordinates, orientation (azimuth angle), A three-dimensional attitude information calculation process for calculating information (three-dimensional attitude information) such as the attitude and the attitude of the front working machine 1 is performed. The positioning calculation unit 20a also performs accuracy determination processing for determining the accuracy of position detection by the GNSS system 17, and outputs a low-accuracy warning flag when it is determined that the detection accuracy is degraded.

作業目標面演算部20dは、施工管理者によって図示しない記憶装置などに予め記憶されている3次元施工図面などの施工情報21(施工目標面)と、ポジショニング演算部20aで算出した3次元姿勢情報とに基づいて、施工対象の目標形状である作業目標面を演算する。 The work target plane calculation unit 20d receives construction information 21 (construction target plane) such as a three-dimensional construction drawing pre-stored by the construction manager in a storage device (not shown) or the like, and three-dimensional posture information calculated by the positioning calculation unit 20a. A work target surface, which is the target shape of the construction object, is calculated based on and.

モニタ表示制御部20bは、運転室9に設けられたモニタ30の表示を制御するものであり、作業目標面演算部20dで演算された作業目標面と、ポジショニング演算部20aで演算された3次元姿勢情報(詳しくは、フロント作業機1の姿勢)とに基づいて、オペレータに対する操作支援の指示内容を演算し、運転室9のモニタに表示する。すなわち、モニタ表示制御部20bは、例えば、ブーム4、アーム5、及び、バケット6などの被駆動部材を有するフロント作業機1の姿勢や、バケット6の先端位置と角度とをモニタに表示してオペレータの操作を支援するマシンガイダンスシステムとしての機能の一部を担っている。 The monitor display control unit 20b controls the display of the monitor 30 provided in the driver's cab 9, and displays the work target plane calculated by the work target plane calculation unit 20d and the three-dimensional display calculated by the positioning calculation unit 20a. Based on the attitude information (more specifically, the attitude of the front working machine 1), the contents of instructions for operation support to the operator are calculated and displayed on the monitor in the operator's cab 9. FIG. That is, the monitor display control unit 20b displays, for example, the posture of the front working machine 1 having driven members such as the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, and the tip position and angle of the bucket 6 on the monitor. It plays a part of the function as a machine guidance system that supports operator's operations.

また、モニタ表示制御部20bは、GNSSシステム17による測位結果に異常が生じた場合、すなわち、ポジショニング演算部20aから低精度警告フラグが出力された場合には、運転室9内のモニタ30に警告を表示することでガイダンス機能の中断をオペレータに伝える機能を有している。モニタ30は音声(警告音を含む)を出力することができるので、モニタ表示制御部20bの制御に従って、画面表示だけでなく音による作業指示や注意喚起を行うことも可能である。 In addition, the monitor display control unit 20b warns the monitor 30 in the driver's cab 9 when an abnormality occurs in the positioning result by the GNSS system 17, that is, when a low-precision warning flag is output from the positioning calculation unit 20a. is displayed to inform the operator that the guidance function is to be interrupted. Since the monitor 30 can output sounds (including warning sounds), it is possible to issue work instructions and alerts not only by screen display but also by sound under the control of the monitor display control section 20b.

なお、モニタ30は単なる表示デバイスでなくタッチパネルなどの入力デバイスとしての機能を備えるものであり、例えば、表示デバイスと入力デバイスとの両方の機能を備えたタブレット端末である。以下の説明においては、モニタ30がタブレット端末30である場合を例示して説明する。 Note that the monitor 30 is not only a display device but also has a function as an input device such as a touch panel. For example, the monitor 30 is a tablet terminal having both functions as a display device and an input device. In the following description, an example in which the monitor 30 is the tablet terminal 30 will be described.

油圧システム制御部20cは、油圧ポンプ装置7やコントロールバルブ8、各油圧アクチュエータ2a~6a等からなる油圧ショベル100の油圧システムを制御するものであり、作業目標面演算部20dで演算された作業目標面と、ポジショニング演算部20aで演算された3次元姿勢(詳しくは、フロント作業機1の姿勢)とに基づいてフロント作業機1の動作を演算し、演算した動作を実現するように油圧ショベル100の油圧システムを制御する。すなわち、油圧システム制御部20cは、例えば、バケット6などの作業具の先端が目標面に一定以上近づかないように動作に制限をかけたり、作業具が目標面に沿って動くよう制御したりするマシンコントロールシステムとしての機能の一部を担っている。なお、GNSSシステム17による測位結果に異常が生じ、モニタ表示制御部20bでタブレット端末30に警告を表示する状態となった場合、すなわち、ポジショニング演算部20aから低精度警告が出力された場合は、油圧システム制御部20cもマシンコントロール機能を停止する。 The hydraulic system control unit 20c controls the hydraulic system of the hydraulic excavator 100 including the hydraulic pump device 7, the control valve 8, and the hydraulic actuators 2a to 6a. The operation of the front work implement 1 is calculated based on the surface and the three-dimensional posture (more specifically, the posture of the front work implement 1) calculated by the positioning calculation unit 20a, and the hydraulic excavator 100 is controlled so as to realize the calculated motion. controls the hydraulic system of That is, the hydraulic system control unit 20c, for example, restricts the operation so that the tip of the work tool such as the bucket 6 does not approach the target surface beyond a certain level, or controls the work tool so that it moves along the target surface. It plays a part of the function as a machine control system. In addition, when an abnormality occurs in the positioning result of the GNSS system 17 and the monitor display control unit 20b displays a warning on the tablet terminal 30, that is, when a low accuracy warning is output from the positioning calculation unit 20a, The hydraulic system control section 20c also stops the machine control function.

なお、図2及び図3においては、ポジショニング演算部20a、モニタ表示制御部20b、油圧システム制御部20c、及び、作業目標面演算部20dの各機能部を一つのコントローラ20で実行する場合を例示して説明したが、これに限られず、各機能部をそれぞれ異なるコントローラで実行するように構成してもよい。各機能部が異なるコントローラによって実行される場合には、ポジショニング演算部20aの機能が実装されたコントローラが3次元演算装置に相当する。 2 and 3 illustrate the case where one controller 20 executes the respective functional units of the positioning calculation unit 20a, the monitor display control unit 20b, the hydraulic system control unit 20c, and the work target plane calculation unit 20d. However, the present invention is not limited to this, and each functional unit may be configured to be executed by different controllers. When each functional section is executed by a different controller, the controller in which the function of the positioning calculation section 20a is implemented corresponds to the three-dimensional calculation device.

図3において、ポジショニング演算部20aは、3次元姿勢演算部20a-1と、点間距離演算部20a-2と、精度判定部20a-3とを有している。 In FIG. 3, the positioning calculation unit 20a has a three-dimensional posture calculation unit 20a-1, a point-to-point distance calculation unit 20a-2, and an accuracy determination unit 20a-3.

3次元姿勢演算部20a-1は、上部旋回体2及びフロント作業機1に取り付けられた慣性計測装置13~16で取得した姿勢情報と、GNSSシステム17で演算された位置情報および分散を入力として、油圧ショベル100の3次元空間における姿勢(すなわち、3次元姿勢情報)を算出する。3次元姿勢情報演算部20a-1で演算された姿勢情報はモニタ表示制御部20b、油圧システム制御部20c、及び、作業目標面演算部20dに出力されてマシンガイダンスやマシンコントロールの演算に利用される。 The three-dimensional attitude calculation unit 20a-1 receives the attitude information acquired by the inertial measurement devices 13 to 16 attached to the upper revolving body 2 and the front working machine 1, and the position information and variance calculated by the GNSS system 17 as input. , the posture of the hydraulic excavator 100 in the three-dimensional space (that is, the three-dimensional posture information) is calculated. Posture information calculated by the three-dimensional posture information calculation unit 20a-1 is output to the monitor display control unit 20b, the hydraulic system control unit 20c, and the work target surface calculation unit 20d, and is used for calculation of machine guidance and machine control. be.

また、3次元姿勢情報演算部20a-1は、掘削作業を行うバケット6上に設定された参照点(後に詳述)の位置(参照点位置)を3次元座標(xp,yp,zp)として演算し、さらに対応する参照点分散(σx,σy,σz)の演算を行う。 The three-dimensional posture information calculation unit 20a-1 also sets the position (reference point position) of a reference point (detailed later) set on the bucket 6 for excavation work as three-dimensional coordinates (xp, yp, zp). Then, the corresponding reference point variance (σx, σy, σz) is computed.

点間距離演算部20a-2は、3次元姿勢演算部20a-1で算出した参照点位置と、タブレット端末30に事前に取り込まれた施工情報21に含まれる施工目標面とに基づいて、参照点と施工目標面の距離を算出する。なお、施工目標面は、事前に設定された施工情報21を利用せず、オペレータがタブレット端末30を操作してその場で設定してもよい。また、施工目標面と参照点との距離に代えて、作業目標面演算部20dで演算された作業目標面と参照点との距離を算出することも可能である。 Based on the reference point position calculated by the three-dimensional posture calculation unit 20a-1 and the construction target surface included in the construction information 21 prefetched into the tablet terminal 30, the inter-point distance calculation unit 20a-2 performs a reference Calculate the distance between the point and the construction target surface. The construction target surface may be set on the spot by the operator operating the tablet terminal 30 without using the construction information 21 set in advance. Further, instead of the distance between the construction target plane and the reference point, it is also possible to calculate the distance between the work target plane and the reference point calculated by the work target plane calculator 20d.

精度判定部20a-3は、タブレット端末30を介して入力される許容誤差と、点間距離演算部20a-2で演算された距離と、3次元姿勢演算部20a-1で演算された参照点分散とに基づいて、3次元姿勢演算部20a-1で演算した3次元姿勢情報がマシンガイダンス、マシンコントロールに利用するのに必要な精度を有するか否かを判定する。精度判定部20a-3は、3次元姿勢情報が十分な精度を有すると判定した場合には、その旨を示すフラグをモニタ表示制御部20b及び油圧システム制御部20cに出力する。また、精度判定部20a-3は、3次元姿勢情報が十分な精度を有しないと判定した場合には、モニタ表示制御部20b及び油圧システム制御部20cに低精度警告フラグを送信し、マシンガイダンスおよびマシンコントロールを中断させる。 The accuracy determination unit 20a-3 uses the allowable error input via the tablet terminal 30, the distance calculated by the point-to-point distance calculation unit 20a-2, and the reference point calculated by the three-dimensional posture calculation unit 20a-1. Based on the variance, it is determined whether or not the three-dimensional attitude information calculated by the three-dimensional attitude calculation section 20a-1 has the accuracy necessary for use in machine guidance and machine control. When the accuracy determination unit 20a-3 determines that the three-dimensional posture information has sufficient accuracy, it outputs a flag to that effect to the monitor display control unit 20b and the hydraulic system control unit 20c. Further, when the accuracy determination unit 20a-3 determines that the three-dimensional posture information does not have sufficient accuracy, the accuracy determination unit 20a-3 transmits a low accuracy warning flag to the monitor display control unit 20b and the hydraulic system control unit 20c, and performs machine guidance. and disrupt machine control.

なお、許容誤差は、施工情報21に設計情報として事前に設定されているものを用いても良いし、オペレータがタブレット端末30を操作して直接設定してもよい。 The permissible error may be set in advance as design information in the construction information 21, or may be directly set by the operator operating the tablet terminal 30. FIG.

以下、ポジショニング演算部20aにおける演算処理の具体的内容を図面を参照しつつ詳細に説明する。 Specific contents of the arithmetic processing in the positioning arithmetic unit 20a will be described below in detail with reference to the drawings.

図4は、施工現場に設定される座標系を油圧ショベルとともに模式的に示す図である。 FIG. 4 is a diagram schematically showing a coordinate system set at a construction site together with a hydraulic excavator.

図4に示すように、本実施の形態においては、油圧ショベル100が作業を行う施工現場に、水平方向に互いに直行するx軸およびy軸を、鉛直方向にz軸を有するローカル座標系における座標(x,y,z)を考える。なお、図4においては説明を簡略化するため、GNSSアンテナ17a,17bの座標ΣAとブーム4の基端の回動中心(ブームフートピン)の位置の座標ZBの向き(方位)を一致させているが、上部旋回体2が回転をしていると、これらの座標の向きが一致しない。したがって、この場合には、GNSSシステム17で取得した方位角情報を利用してz軸周りの回転を行えばよい。 As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the construction site where hydraulic excavator 100 is working is coordinated in a local coordinate system having x-axis and y-axis perpendicular to each other in the horizontal direction and z-axis in the vertical direction. Consider (x, y, z). In FIG. 4, in order to simplify the explanation, the direction (azimuth) of the coordinate ΣA of the GNSS antennas 17a and 17b and the coordinate ZB of the position of the rotation center (boom foot pin) of the base end of the boom 4 are matched. However, if the upper revolving body 2 is rotating, the directions of these coordinates do not match. Therefore, in this case, the azimuth angle information acquired by the GNSS system 17 may be used to rotate around the z-axis.

3次元姿勢演算部20a-1では、GNSSシステムで演算したGNSSアンテナ17a,17bの何れかの位置を基準として上部旋回体2上の車体基準座標位置を算出する。車体基準座標位置は、フロント作業機1の回動中心位置であるブームフートピンに設定することが望ましい。この演算は、図4に示したようにGNSS受信機17cが算出したアンテナ位置の座標ΣAからブームフートピン位置の座標ΣBへの座標変換である。この座標変換は一般的な演算であり特別な工夫は不要であるため、詳細の説明は省略する。 The three-dimensional posture calculation unit 20a-1 calculates the vehicle body reference coordinate position on the upper swing body 2 based on the position of either of the GNSS antennas 17a and 17b calculated by the GNSS system. It is desirable to set the vehicle body reference coordinate position to the boom foot pin, which is the rotation center position of the front work implement 1 . This calculation is coordinate conversion from the coordinates ΣA of the antenna position calculated by the GNSS receiver 17c to the coordinates ΣB of the boom foot pin position as shown in FIG. Since this coordinate transformation is a general calculation and does not require any special contrivance, detailed description is omitted.

GNSSシステム17がRTK-Fixの状態で測位を行っていても、その測位結果が多少ばらつきことが予想される。そのような場合には、GNSSシステム17で取得した位置情報(x,y,z)、速度情報(vx,vy,vz)、車体IMU13で取得した加速度情報(ax,ay,az)をKFで統合することによるばらつきの抑制が期待される。このような異なるセンシングデバイスの情報を統合する手法はセンサフュージョンとして広く知られている技術であり、詳細の説明は省略する。 Even if the GNSS system 17 performs positioning in the RTK-Fix state, it is expected that the positioning results will vary somewhat. In such a case, the position information (x, y, z) acquired by the GNSS system 17, the velocity information (vx, vy, vz), the acceleration information (ax, ay, az) acquired by the vehicle body IMU 13 are KF It is expected that variation will be suppressed by integration. A technique for integrating information from different sensing devices is widely known as sensor fusion, and detailed description thereof will be omitted.

上記演算によって、ブームフートピン位置の座標ΣBが決れば、フロント作業機1の姿勢は慣性計測装置13~16で取得した車体ピッチ角、車体ロール角、ブーム角、アーム角、バケット角を利用した幾何学演算(座標変換)によってフロント作業機1の特定の位置(例えば、バケット先端座標や参照点の座標)を容易に算出することができる。 If the coordinate ΣB of the boom foot pin position is determined by the above calculation, the attitude of the front working equipment 1 uses the body pitch angle, body roll angle, boom angle, arm angle, and bucket angle obtained by the inertia measurement devices 13 to 16. A specific position of the front work machine 1 (for example, the bucket tip coordinates or the coordinates of the reference point) can be easily calculated by the geometrical operation (coordinate transformation).

なお、GNSSシステム17は位置(xp,yp,zp)だけでなく、分散(σgx,σgy,σgz)も提供している。このフロント作業機1の特定位置を求めるために利用した座標変換を利用すれば、フロント作業機1の特定位置に対応する分散情報も演算することができる。 Note that the GNSS system 17 provides not only the position (xp, yp, zp), but also the variance (σgx, σgy, σgz). By using the coordinate transformation used to obtain the specific position of the front working machine 1, the distributed information corresponding to the specific position of the front working machine 1 can also be calculated.

ここで、分散は統計情報であるため、点情報を変換する座標変換を直接利用することはできないが、分散情報を利用したモンテカルロ法やアンセンテッド変換(Unscented Transformation)と呼ばれる統計手法を用いることで近似的に分散の座標変換を行うことができる。また、座標変換は3次元の行列操作に過ぎないため、元の座標ベクトルaを座標変換Tによって座標ベクトルbに変換する場合、すなわち、b=Taの場合、元の座標の分散σaは変換後の座標でT(σa)T’で与えられるという法則を利用してもよい。なお「’」は行列の転置操作を表す。 Here, since the variance is statistical information, coordinate transformation that transforms point information cannot be used directly. Coordinate transformation of variance can be performed approximately. Further, since the coordinate transformation is only a three-dimensional matrix operation, when the original coordinate vector a is transformed into the coordinate vector b by the coordinate transformation T, that is, when b=Ta, the variance σa of the original coordinates is It is also possible to use the law that the coordinates are given by T(σa)T'. Note that "'" represents a matrix transposition operation.

3次元姿勢演算部20a-1は、以上のような演算を行うことにより、フロント作業機1の特定の点の座標とその座標の分散を演算することができる。以下の説明において、上記の何れかの方法で演算された参照点の分散を(σx,σy,σz)とする。なお、x,yはローカル座標における水平方向、zはローカル座標における鉛直方向を表す成分である。なお、後述の点間距離演算部20a-2で演算の候補になり得る複数の参考点を複数個用いる場合には、そのすべての点の位置と分散を演算しておいても良い。 The three-dimensional posture calculation section 20a-1 can calculate the coordinates of a specific point of the front working machine 1 and the variance of the coordinates by performing the above calculations. In the following description, the variance of the reference points calculated by any of the above methods is assumed to be (σx, σy, σz). Note that x and y are components representing the horizontal direction in local coordinates, and z is a component representing the vertical direction in local coordinates. When using a plurality of reference points that can be candidates for calculation in the point-to-point distance calculation unit 20a-2, which will be described later, the positions and variances of all the points may be calculated.

図5A~図5C、図6A~図6D、及び図7は、フロント作業機に設定される参照点の一例をそれぞれ示す図である。 5A to 5C, 6A to 6D, and 7 are diagrams respectively showing examples of reference points set on the front work implement.

点間距離演算部20a-2では、施工目標面とフロント作業機1に設定される参照点の最短距離を算出する。ただし、点間距離演算部20a-2では、施工内容ごとに設定される施工目標面によって、フロント作業機1における参照点の設定位置が異なる。基本的には、施工目標面に対してフロント作業機1(例えば、バケット6)の最も近い位置が参照点に設定される。 The point-to-point distance calculation unit 20a-2 calculates the shortest distance between the work target surface and the reference point set on the front work implement 1. FIG. However, in the point-to-point distance calculation section 20a-2, the set position of the reference point in the front work implement 1 differs depending on the construction target plane set for each construction content. Basically, the closest position of the front work implement 1 (for example, the bucket 6) to the construction target plane is set as the reference point.

例えば、整地作業のように、ある目標面以下に爪先を潜らせたくない作業を想定した場合について説明する。図5Aに示すように、バケット6と施工目標面とが水平であれば、参照点はバケット6の中心部を参照点に設定する。なお、図5Bに示すように、バケット6の端部を参照点に設定しても問題はない。また、同一の作業であっても、車体(上部旋回体2)が左右方向に傾いている場合(すなわち、ロール角が0degではない場合)には、車体の傾きに応じてバケット6も左右方向に回転するので、図5Cに示すように、バケット6の中心ではなく、端点を参照点として設定する。なお、車体が傾いた場合に限らず、チルト機構を備えたバケット6を利用する場合もこのケースにあたることは言うまでもない。図5A~図5Cに示した場合には、参照点がどこに選ばれた場合であっても目標面は鉛直方向にしかないため、参照点から施工目標面への垂直方向のベクトルが距離として算出される。 For example, a case will be described where it is assumed that the user does not want the toe to go below a certain target plane, such as leveling work. As shown in FIG. 5A, if the bucket 6 and the construction target plane are horizontal, the center of the bucket 6 is set as the reference point. In addition, as shown in FIG. 5B, there is no problem even if the end of the bucket 6 is set as the reference point. Further, even in the same work, if the vehicle body (upper rotating body 2) is tilted in the left-right direction (that is, when the roll angle is not 0 degrees), the bucket 6 is also tilted in the left-right direction according to the tilt of the vehicle body. , the end point is set as the reference point instead of the center of the bucket 6, as shown in FIG. 5C. Needless to say, this case applies not only when the vehicle body is tilted, but also when the bucket 6 having a tilt mechanism is used. In the case shown in FIGS. 5A to 5C, no matter where the reference point is selected, the target plane is only in the vertical direction, so the vertical vector from the reference point to the construction target plane is calculated as the distance. be.

続いて、溝堀作業のように垂直方向のみではなく水平方向にも爪先を潜らたくない作業を想定した場合について説明する。溝堀作業では垂直方向と水平方向に制限領域ができるため、図6Aに示すように、水平方向にバケット6が近い場合にはバケット端点を参照点として設定する。このとき、施工目標面と参照点との距離についても水平方向の成分が用いられる。また、図6Bや図6Cに示すように、水平方向の制限領域から十分に離れた位置にバケット6がある場合には整地作業(図5A~図5C参照)と同じように、鉛直方向の距離が最短になる位置を参照点に設定する。 Next, a description will be given of a case in which it is assumed that the toe does not go under the toes not only in the vertical direction but also in the horizontal direction, such as ditch digging. Since the ditching work creates restricted areas in the vertical and horizontal directions, as shown in FIG. 6A, when the bucket 6 is close in the horizontal direction, the end point of the bucket is set as a reference point. At this time, the horizontal component is also used for the distance between the construction target plane and the reference point. Also, as shown in FIGS. 6B and 6C, when the bucket 6 is positioned sufficiently away from the horizontal restricted area, the vertical distance is set as the reference point.

続いて、法面作業のように、垂直や水平のみではなく奥行き方向にも爪先を潜らせたくない作業を想定した場合について説明する。法面作業では、図7に示すように、施工目標面が垂直、水平のみならず、奥行方向にも制限が設けられるが、整地作業(図5A~図5C参照)や法面作業(図6A~図6C参照)と同様に、施工目標面に最も近い位置を参照点に設定する。ここで、参照点と施工目標面との距離は、図7に示すように、水平や垂直などの1成分だけではなく、各方向の成分が合成されたベクトルを考えることに注意されたい。なお、距離の演算は3次元空間における平面と点の最短距離を求めるという単純な幾何学であるため、詳細は省略する。 Next, a description will be given of a case where it is assumed that the toe should not be pushed not only vertically or horizontally but also in the depth direction, such as slope work. In slope work, as shown in FIG. 7, not only the vertical and horizontal but also the depth direction of the target construction surface is restricted. 6C), the position closest to the construction target plane is set as the reference point. Here, it should be noted that the distance between the reference point and the construction target plane is not only one horizontal or vertical component, but also a vector composed of components in each direction, as shown in FIG. Note that the distance calculation is a simple geometry of finding the shortest distance between a plane and a point in a three-dimensional space, so details will be omitted.

精度判定部20a-3は、3次元姿勢演算部20a-1で演算された参照点の分散、点間距離演算部20a-2で演算された参照点と施工目標面との距離、及び、タブレット端末30から入力された許容誤差とに基づいて、3次元姿勢情報が十分な精度を有しているかどうか、すなわち、参照点の位置が十分な精度を有しているかどうかを評価する。 The accuracy determination unit 20a-3 calculates the variance of the reference points calculated by the three-dimensional posture calculation unit 20a-1, the distance between the reference points and the construction target surface calculated by the inter-point distance calculation unit 20a-2, and the tablet Based on the allowable error input from the terminal 30, it is evaluated whether the 3D attitude information has sufficient accuracy, that is, whether the positions of the reference points have sufficient accuracy.

図8A~図8Cは、精度判定部における精度判定処理の基本的な考え方を説明する図である。 8A to 8C are diagrams for explaining the basic concept of accuracy determination processing in the accuracy determination unit.

図8Aに示すように、水平方向(x-y平面方向)の分散が大きく、鉛直方向(z軸方向)の分散が小さい場合には、演算された参照点が目標面に設定された許容誤差を逸脱する可能性が極めて低い、すなわち、十分な精度で参照点の位置が算出されていると判定し、低精度警告フラグを立てることはない。 As shown in FIG. 8A, when the dispersion in the horizontal direction (xy plane direction) is large and the dispersion in the vertical direction (z-axis direction) is small, the calculated reference point is set to the target plane. , that is, the position of the reference point is determined to be calculated with sufficient accuracy, and a low-accuracy warning flag is not set.

また、図8Bに示すように、水平方向(x-y平面方向)の分散が小さく、鉛直方向(z軸方向)の分散が大きい場合には、分散の誤差楕円が許容誤差を大きく逸脱しているため、算出した参照点をマシンコントロールやマシンガイダンスに利用すると参照点が目標面の下に入っている可能性が極めて高くなる。よって、このような場合には低精度警告フラグを立てて、マシンコントロールやマシンガイダンスを中断する。 Also, as shown in FIG. 8B, when the dispersion in the horizontal direction (xy plane direction) is small and the dispersion in the vertical direction (z-axis direction) is large, the error ellipse of the dispersion greatly deviates from the allowable error. Therefore, if the calculated reference point is used for machine control or machine guidance, it is very likely that the reference point is below the target plane. Therefore, in such a case, a low accuracy warning flag is set and machine control and machine guidance are interrupted.

また、図8Cに示すように、水平方向(x-y平面方向)の分散が小さく、鉛直方向(z軸方向)の分散が大きいものの、参照点の位置が施工目標面よりも明らかに上の位置にある場合(すなわち、点間距離演算部20a-2で算出した距離が一定以上大きい場合)には、算出した参照点をマシンコントロールやマシンガイダンスに利用しても、参照点が目標面の下に入っている可能性がほぼない。よって、このような場合には、参照点の精度が十分ではないかもしれないがマシンガイダンスやマシンコントロールを継続してもバケット6が施工目標面に接する可能性が低いため、低精度警告のフラグを立てることはない。 Also, as shown in FIG. 8C, although the horizontal (xy plane direction) dispersion is small and the vertical (z-axis direction) dispersion is large, the position of the reference point is clearly above the construction target plane. position (that is, when the distance calculated by the point-to-point distance calculator 20a-2 is greater than a certain value), even if the calculated reference point is used for machine control or machine guidance, the reference point is not on the target plane. There is almost no chance of it going down. Therefore, in such a case, the accuracy of the reference point may not be sufficient, but even if the machine guidance and machine control are continued, the possibility that the bucket 6 will contact the construction target surface is low, so the low accuracy warning flag never stand up.

ここで、精度判定処理の具体例について説明する。 Here, a specific example of accuracy determination processing will be described.

図9A~図9Cは、精度判定処理の処理内容について説明する図である。図9A~図9Cにおいては、図8A~図8Cで示したような鉛直方向のみに施工目標面がある場合を例示して精度判定処理について説明する。 9A to 9C are diagrams for explaining the details of the accuracy determination process. 9A to 9C, the accuracy determination process will be described by exemplifying the case where the construction target plane exists only in the vertical direction as shown in FIGS. 8A to 8C.

図9A~図9Cでは、縦軸に確率密度関数の演算値を、横軸に参照点の施工目標面から距離それぞれ示している。なお、横軸の右方向が目標面に対して上方向、横軸の左方向が目標面に対して下方向を表している。よって、許容誤差は目標面(原点)の左側に許容下限として設定される。また、図9A~図9Cでは鉛直方向のみを考えているため考えるべき分散は「σz」であるが、図示を簡略化するため「σ」とする。 In FIGS. 9A to 9C, the vertical axis indicates the calculated value of the probability density function, and the horizontal axis indicates the distance from the construction target surface of the reference point. The right direction of the horizontal axis represents the upward direction with respect to the target plane, and the left direction of the horizontal axis represents the downward direction with respect to the target plane. Therefore, the tolerance is set to the left of the target plane (origin) as the lower tolerance limit. Also, in FIGS. 9A to 9C, only the vertical direction is considered, so the dispersion to be considered is "σz", but for the sake of simplifying the illustration, it is assumed to be "σ".

図9Aでは、施工目標面に対してバケット爪先(参照点)が上にある場合(図8C参照)を示す図である。このとき、許容下限に対して確率密度関数がほとんどラップしないため、低精度警告フラグを立てる必要がないと判定する。図9Bでは、施工目標面に対してバケット爪先(参照点)が触れている場合(図8A参照)を示す図である。この場合、鉛直方向に分散が小さいため、確率密度関数は図9Aの場合に比べて細長い形状になる。すなわち、図9Bにおいては、確率密度関数が許容下限に一部ラップするが、許容下限が(-1σ)の範囲に入っていないため、低精度警告フラグを出力しないと判定する。図9Cに示すように、分散が大きく、許容下限が(-1σ)の範囲に入っている場合には、低精度警告フラグを有効にすると判定する。 FIG. 9A is a diagram showing a case where the toe of the bucket (reference point) is above the construction target plane (see FIG. 8C). At this time, since the probability density function hardly wraps around the allowable lower limit, it is determined that there is no need to raise the low-accuracy warning flag. FIG. 9B is a diagram showing a case where the bucket toe (reference point) is in contact with the construction target surface (see FIG. 8A). In this case, since the dispersion is small in the vertical direction, the probability density function has a longer and narrower shape than in the case of FIG. 9A. That is, in FIG. 9B, the probability density function partially overlaps with the lower allowable limit, but since the lower allowable limit is not within the range of (-1σ), it is determined that the low precision warning flag is not to be output. As shown in FIG. 9C, when the variance is large and the allowable lower limit is within the range of (-1σ), it is determined that the low precision warning flag is enabled.

このように、分散σと許容誤差とを比較することによって、低精度状態であるか否か、すなわち、低精度警告フラグの出力の有無の判定を、単純な値の比較によって行うことができる。この関係は、簡単な数式によって記述することができる。施工目標面と参照点との距離をa、施工目標面と許容下限の距離(つまり、許容誤差)をbとすると、参照点から許容下限への距離は「a+b」と表される。この距離(a+b)が分散σよりも小さい場合に低精度状態であると判定する、すなわち、「a+b<σ」の条件式を満たす場合に低精度警告フラグを出力する。なお、この条件式は、本発明の思想の範囲で自由に設定することができ、例えば、分散の2倍を閾値にとり、「a+b<2σ」としてもよい。なお、施工目標面と参照点の距離aは参照点の位置が変わると変化し、図9Bのように参照点が施工目標面上にあるときはa=0となる。 In this way, by comparing the variance σ and the allowable error, it is possible to determine whether or not there is a low-precision state, that is, whether or not the low-precision warning flag is output, by simply comparing the values. This relationship can be described by a simple mathematical formula. Assuming that the distance between the construction target plane and the reference point is a, and the distance between the construction target plane and the lower allowable limit (that is, the allowable error) is b, the distance from the reference point to the lower allowable limit is expressed as "a+b". If the distance (a+b) is smaller than the variance σ, it is determined to be in a low accuracy state, that is, if the conditional expression “a+b<σ” is satisfied, a low accuracy warning flag is output. This conditional expression can be freely set within the scope of the idea of the present invention. For example, "a+b<2σ" may be set with twice the variance as the threshold. The distance a between the construction target plane and the reference point changes when the position of the reference point changes, and becomes a=0 when the reference point is on the construction target plane as shown in FIG. 9B.

図10は、ポジショニング演算部における処理内容を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flow chart showing the processing contents of the positioning calculation unit.

図10において、ポジショニング演算部20aは、タブレット端末30を介して施工情報21やオペレータが直接入力した各種設定情報(施工目標面と許容誤差)を読み込む(ステップS100)。なお、施工目標面について、前述の通り、作業目標面演算部20dで算出した作業目標面を利用しても良い。 In FIG. 10, the positioning calculation unit 20a reads the construction information 21 and various setting information (construction target surface and allowable error) directly input by the operator via the tablet terminal 30 (step S100). As for the construction target plane, the work target plane calculated by the work target plane calculation unit 20d may be used as described above.

続いて、GNSSシステム17および慣性計測装置13~16から姿勢演算に必要なセンサ情報を取得する(ステップS110)。 Subsequently, sensor information necessary for attitude calculation is acquired from the GNSS system 17 and the inertial measurement devices 13 to 16 (step S110).

続いて、3次元姿勢演算部20a-1は、GNSSアンテナ17a,17bの位置、及び、分散と、GNSSシステム17の出力と、車体IMU13の出力とを用いて基準点(例えば、ブームフートピン)の位置、及び、分散を演算する(ステップS120)。 Subsequently, the three-dimensional attitude calculation unit 20a-1 uses the positions and dispersions of the GNSS antennas 17a and 17b, the output of the GNSS system 17, and the output of the vehicle body IMU 13 to determine the reference point (for example, the boom footpin). The position and variance of are calculated (step S120).

続いて、ステップS120で演算した基準点の位置と慣性計測装置13~16の出力とを用いて、バケット6上に設定される参照点の位置の座標および分散σを算出する。 Subsequently, using the positions of the reference points calculated in step S120 and the outputs of the inertial measurement devices 13 to 16, the coordinates and variance σ of the positions of the reference points set on the bucket 6 are calculated.

続いて、点間距離演算部20a-2は、ステップS100で取得した施工目標面とステップS130で算出した参照点の位置との最短距離(距離a)を算出する(ステップS140)。 Subsequently, the point-to-point distance calculator 20a-2 calculates the shortest distance (distance a) between the construction target plane acquired in step S100 and the position of the reference point calculated in step S130 (step S140).

続いて、精度判定部20a-3は、ステップS100で取得した施工目標面と許容誤差との差bと、ステップS130で算出した参照点の分散σと、ステップS140で算出した距離aとを用いて、距離a+bが分散σよりも小さいか否かを判定する(ステップS150)。 Subsequently, the accuracy determination unit 20a-3 uses the difference b between the construction target surface and the allowable error obtained in step S100, the variance σ of the reference points calculated in step S130, and the distance a calculated in step S140. Then, it is determined whether or not the distance a+b is smaller than the variance σ (step S150).

ステップS150での判定結果がNOの場合には、低精度警告フラグを無効化し(ステップS151)、処理を終了する。また、ステップS150での判定結果がYESの場合には、低精度警告フラグを有効化し(ステップS160)、処理を終了する。 If the determination result in step S150 is NO, the low accuracy warning flag is invalidated (step S151), and the process ends. If the determination result in step S150 is YES, the low accuracy warning flag is enabled (step S160), and the process ends.

以上のように構成した本実施の形態における作用効果を図面を参照しつつ説明する。 The effects of the present embodiment configured as described above will be described with reference to the drawings.

図17Aは、図17Bに示すように油圧ショベルがフロント作業機を下げているときに上部旋回体上に備えられたGNSSアンテナから観測可能な測位衛星を模式的に表した天空図である。この場合にはフロント作業機が天空を遮らないため、良好な環境で測位演算を実行できる。 FIG. 17A is a sky map schematically showing positioning satellites observable from the GNSS antenna provided on the upper revolving structure when the hydraulic excavator lowers the front work implement as shown in FIG. 17B. In this case, since the front working machine does not block the sky, the positioning calculation can be executed in a favorable environment.

一方、図17Cは、図17Dに示すように油圧ショベルがフロント作業機を上げているときに上部旋回体上に備えられたGNSSアンテナから観測可能な測位衛星を模式的に示した天空図である。この場合には、図17Cに領域Nとして示すように、天空の特定方向からの測位信号が遮蔽されてしまう。図17Cの状況では、一部の測位衛星の信号を利用できないものの観測可能な衛星が十分にあるため、GNSS受信機は高精度演算(RTK-FIX)を継続することができる。ただし、図17Aに示す場合に比べて利用可能な衛星数が少なく、また、衛星配置の状況(DOP:Dilution Of Precision)が異なるため、測位結果に差が表れる。 On the other hand, FIG. 17C is a sky map schematically showing positioning satellites observable from the GNSS antenna provided on the upper revolving structure when the hydraulic excavator is raising the front work implement as shown in FIG. 17D. . In this case, positioning signals from a specific direction in the sky are blocked, as indicated by region N in FIG. 17C. In the situation of FIG. 17C, the signals of some positioning satellites are not available, but there are enough observable satellites so that the GNSS receiver can continue high precision calculations (RTK-FIX). However, compared to the case shown in FIG. 17A, the number of available satellites is smaller and the satellite arrangement situation (DOP: Dilution Of Precision) is different, so the positioning results differ.

図17Eは、図17Aに示した場合と図17Cに示した場合とにおける測位結果の差を模式的に示した図である。なお、GNSS受信機は3次元空間での位置を計算するが、説明を簡略化するためにX-Yの2次元平面で考える。すなわち、図17Eにおいて3次元空間の測位結果を考える場合には、X軸とY軸の何れかをZ軸として捉えればよい。 FIG. 17E is a diagram schematically showing the difference in positioning result between the case shown in FIG. 17A and the case shown in FIG. 17C. Although the GNSS receiver calculates the position in a three-dimensional space, the XY two-dimensional plane is considered for simplicity of explanation. That is, when considering the positioning result of the three-dimensional space in FIG. 17E, either the X-axis or the Y-axis should be regarded as the Z-axis.

図17Eにおいて、範囲Aはフロント作業機を下げた状態で測位を実施した際の測位結果の平均値と誤差楕円(測位結果の分散)とを示している。天空図の衛星配置に偏りがなければ誤差楕円は真円(3次元空間では球)に近い形状になる。一方、範囲Bはフロント作業機を上げた状態で測位を実施した際の測位結果の平均値と誤差楕円とを示している。このように、範囲Aと範囲Bとの差で明らかなように、衛星数や衛星配置の差により平均値が変化するだけでなく、天空の衛星配置の偏りに伴って誤差楕円が特定方向に延びるようになる。 In FIG. 17E, range A shows the average value of positioning results and the error ellipse (variance of positioning results) when positioning is performed with the front working machine lowered. If there is no bias in the satellite arrangement of the sky map, the error ellipse will have a shape close to a perfect circle (a sphere in three-dimensional space). On the other hand, the range B shows the average value of the positioning results and the error ellipse when the positioning is performed with the front working machine raised. In this way, as is clear from the difference between range A and range B, not only does the average value change due to the difference in the number of satellites and the satellite placement, but also the error ellipse shifts in a specific direction due to the bias in the satellite placement in the sky. It will extend.

RTK-FIXが維持されている場合には、範囲Aと範囲Bの平均値の差は数センチメートルの範囲に収まるが、油圧ショベルにおけるマシンガイダンスやマシンコントロールにおいては、情報化施工の実施要領の要求精度(一般的な土木作業で±5cm)を満足しなくてはならないため、数センチメートルの誤差であっても無視できるものではない。 When RTK-FIX is maintained, the difference between the average values of range A and range B falls within a range of several centimeters, but in machine guidance and machine control in hydraulic excavators, the implementation procedure for information-aided construction Since the required accuracy (±5 cm for general civil engineering work) must be satisfied, even an error of several centimeters cannot be ignored.

このため、範囲Aと範囲Bに示したような測位結果の差を考慮せずにマシンガイダンスやマシンコントロールを継続すると、目標とする施工面を掘り過ぎてしまい、施工のやり直しを生じる可能性がある。一方で、範囲Aと範囲Bの測位結果の差を過剰に評価してマシンガイダンスやマシンコントロールを停止してしまうと作業効率が著しく低下する恐れもある。 Therefore, if machine guidance and machine control are continued without considering the difference in positioning results shown in range A and range B, there is a possibility that the target construction surface will be excavated too much and construction will have to be redone. be. On the other hand, if the difference between the positioning results of range A and range B is overestimated and the machine guidance and machine control are stopped, there is a possibility that work efficiency will be significantly reduced.

このような課題に対して本実施の形態においては、姿勢情報検出装置(慣性計測装置13~16)で検出された姿勢情報と位置情報検出装置(GNSSシステム17)で検出された位置情報の分散とに基づいて、フロント作業機1に設定された参照点の位置の分散を算出し、参照点の位置の分散に基づいて参照点の位置の精度判定処理を行い、精度判定処理で低精度状態であると判定した場合には、その旨をオペレータに通知するように構成したので、測位衛星からの測位信号を用いる位置検出装置による測位精度を適切に評価することによって、施工精度の確保と作業効率低下の抑制とを両立することができる。 In order to solve such a problem, in the present embodiment, the dispersion Based on and, the dispersion of the positions of the reference points set in the front working equipment 1 is calculated, the accuracy determination processing of the reference point positions is performed based on the dispersion of the positions of the reference points, and the low accuracy state is determined in the accuracy determination processing. When it is determined that it is, it is configured to notify the operator to that effect. It is possible to achieve both the suppression of the decrease in efficiency.

<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態を図11、図12A~図12D、及び、図13を参照しつつ説明する。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11, 12A-12D and 13. FIG.

本実施の形態は、低精度状態の判定(精度状態判定処理)に逸脱確率を用いる場合を示すものである。 This embodiment shows a case where the deviation probability is used to determine the low-accuracy state (accuracy state determination processing).

図11は、本実施の形態に係るコントローラの処理機能の詳細を模式的に示す図である。また、図12A~図12Dは、本実施の形態に係る精度判定処理の処理内容について説明する図である。また、図13は、ポジショニング演算部における処理内容を示すフローチャートである。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。 FIG. 11 is a diagram schematically showing the details of the processing functions of the controller according to this embodiment. 12A to 12D are diagrams for explaining the details of the accuracy determination process according to this embodiment. Also, FIG. 13 is a flow chart showing the processing contents in the positioning calculation section. In the figure, the same reference numerals are given to the same members as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図11において、ポジショニング演算部20aは、3次元姿勢演算部20a-1と、点間距離演算部20a-2と、精度判定部20a-3とを有している。 In FIG. 11, the positioning calculation unit 20a has a three-dimensional posture calculation unit 20a-1, a point-to-point distance calculation unit 20a-2, and an accuracy determination unit 20a-3.

精度判定部20a-3は、タブレット端末30を介して入力される閾値と、許容誤差と、点間距離演算部20a-2で演算された距離と、3次元姿勢演算部20a-1で演算された参照点分散とに基づいて、3次元姿勢演算部20a-1で演算した3次元姿勢情報がマシンガイダンス、マシンコントロールに利用するのに必要な精度を有するか否かを判定する。精度判定部20a-3は、3次元姿勢情報が十分な精度を有すると判定した場合には、その旨を示すフラグをモニタ表示制御部20b及び油圧システム制御部20cに出力する。また、精度判定部20a-3は、3次元姿勢情報が十分な精度を有しないと判定した場合には、モニタ表示制御部20b及び油圧システム制御部20cに低精度警告フラグを送信し、マシンガイダンスおよびマシンコントロールを中断させる。 The accuracy determination unit 20a-3 uses the threshold input via the tablet terminal 30, the allowable error, the distance calculated by the point-to-point distance calculation unit 20a-2, and the distance calculated by the three-dimensional posture calculation unit 20a-1. Based on the reference point variance obtained, it is determined whether or not the three-dimensional posture information calculated by the three-dimensional posture calculation section 20a-1 has the accuracy required for use in machine guidance and machine control. When the accuracy determination unit 20a-3 determines that the three-dimensional posture information has sufficient accuracy, the accuracy determination unit 20a-3 outputs a flag to that effect to the monitor display control unit 20b and the hydraulic system control unit 20c. Further, when the accuracy determination unit 20a-3 determines that the three-dimensional posture information does not have sufficient accuracy, the accuracy determination unit 20a-3 transmits a low-accuracy warning flag to the monitor display control unit 20b and the hydraulic system control unit 20c, and performs machine guidance. and disrupt machine control.

なお、タブレット端末30から入力される閾値は、施工情報21に事前に組み込まれていてもよく、高い精度が必要ではない粗掘削作業時には大きな閾値を、高い精度が必要な仕上げ作業時には小さな閾値を設定するようにしておけば、オペレータが閾値を設定する手間も省略することができる。 The threshold value input from the tablet terminal 30 may be incorporated in the construction information 21 in advance, and a large threshold value is set for rough excavation work that does not require high accuracy, and a small threshold value is set for finishing work that requires high accuracy. By setting the threshold value, the operator can save the trouble of setting the threshold value.

精度判定部20a-3は、精度判定処理において、図12A~図12Dにハッチングで示す範囲(すなわち、確率密度関数と許容下限が囲む領域の面積)を参照点が許容下限よりも下にいる確率(逸脱確率)として演算し、この逸脱確率を低精度警告フラグの判断基準に利用する。 In the accuracy determination process, the accuracy determination unit 20a-3 determines the probability that the reference point is below the lower allowable limit in the hatched range (that is, the area enclosed by the probability density function and the lower allowable limit) shown in FIGS. (deviation probability), and this deviation probability is used as a criterion for determining the low-precision warning flag.

図12Aは、図9Aに示した場合と同様に参照点が施工目標面から十分に離れている場合の逸脱確率を示している。また、図12Bは、図12Aと同様の分散σのまま、距離aが小さくなった場合、すなわち、爪先位置が施工目標面に近づいた場合を示している。図12A及び図12Bからわかるように、爪先位置が施工目標面に近づくと、許容下限を下回る確率密度関数の領域が増加するため、逸脱確率が増加する。 FIG. 12A shows deviation probabilities when the reference point is far enough away from the construction target plane as in the case shown in FIG. 9A. Also, FIG. 12B shows a case where the distance a is reduced while the dispersion σ remains the same as in FIG. 12A, that is, a case where the toe position approaches the construction target surface. As can be seen from FIGS. 12A and 12B, when the toe position approaches the construction target plane, the area of the probability density function below the allowable lower limit increases, so the deviation probability increases.

また、図12Cは、参照点と目標面の距離aが図12Bと同様の状況であって、分散のみが小さい場合を示している。このように、距離aが同一であっても、分散が小さい場合には、逸脱確率が減少する。 Also, FIG. 12C shows a case where the distance a between the reference point and the target plane is the same as in FIG. 12B, but only the variance is small. Thus, even if the distance a is the same, the deviation probability decreases when the variance is small.

以上のように、施工目標面から参照点までの距離aが小さくなるほど、又は、分散が大きくなるほど、逸脱確率は大きくなる。本実施の形態においては、上記の知見に基づき、逸脱確率を低精度状態の判定に利用する。具体的には、例えば、逸脱確率が予め定めた閾値(例えば、30%)を超えた場合には、低精度状態であると判定する。これにより、施工精度の確保と作業効率低下の抑制とを両立することができる。また、閾値を確率の値で設定できるため、ユーザが直感的に閾値を設定することができる。 As described above, the deviation probability increases as the distance a from the construction target plane to the reference point decreases or as the variance increases. Based on the above knowledge, the present embodiment uses the deviation probability to determine the low-accuracy state. Specifically, for example, when the deviation probability exceeds a predetermined threshold (for example, 30%), it is determined that the accuracy is low. As a result, it is possible to both ensure construction accuracy and suppress a decrease in work efficiency. In addition, since the threshold can be set as a probability value, the user can intuitively set the threshold.

なお、図12Dに示したように、許容誤差を0cmに設定した場合(すなわち、施工目標面と許容下限の軸が一致した場合)においても、確率密度関数と許容下限が囲む領域の面積は50%にしかならないため、閾値は50%未満に設定することが望ましい。また、分散σや確率を低精度警告フラグの有効無効判断の閾値として利用する場合には、その閾値をユーザであるオペレータが自由に変更できることが望ましい。 As shown in FIG. 12D, even when the allowable error is set to 0 cm (that is, when the axis of the construction target surface and the allowable lower limit coincide), the area of the region surrounded by the probability density function and the allowable lower limit is 50 cm. %, so it is desirable to set the threshold to less than 50%. Further, when the variance σ and the probability are used as the threshold value for judging whether the low-precision warning flag is valid or invalid, it is desirable that the threshold value can be freely changed by the operator who is the user.

図13において、ポジショニング演算部20aは、タブレット端末30を介して施工情報21やオペレータが直接入力した各種設定情報(施工目標面と許容誤差、閾値Pset)を読み込む(ステップS200)。なお、施工目標面について、前述の通り、作業目標面演算部20dで算出した作業目標面を利用しても良い。 In FIG. 13, the positioning calculation unit 20a reads the construction information 21 and various setting information (construction target surface, allowable error, threshold value Pset) directly input by the operator via the tablet terminal 30 (step S200). As for the construction target plane, the work target plane calculated by the work target plane calculation unit 20d may be used as described above.

続いて、GNSSシステム17および慣性計測装置13~16から姿勢演算に必要なセンサ情報を取得する(ステップS110)。 Subsequently, sensor information necessary for attitude calculation is acquired from the GNSS system 17 and the inertial measurement devices 13 to 16 (step S110).

続いて、3次元姿勢演算部20a-1は、GNSSアンテナ17a,17bの位置、及び、分散と、GNSSシステム17の出力と、車体IMU13の出力とを用いて基準点(例えば、ブームフートピン)の位置、及び、分散を演算する(ステップS120)。 Subsequently, the three-dimensional attitude calculation unit 20a-1 uses the positions and dispersions of the GNSS antennas 17a and 17b, the output of the GNSS system 17, and the output of the vehicle body IMU 13 to determine the reference point (for example, the boom footpin). The position and variance of are calculated (step S120).

続いて、ステップS120で演算した基準点の位置と慣性計測装置13~16の出力とを用いて、バケット6上に設定される参照点の位置の座標および分散σを算出する。 Subsequently, using the positions of the reference points calculated in step S120 and the outputs of the inertial measurement devices 13 to 16, the coordinates and variance σ of the positions of the reference points set on the bucket 6 are calculated.

続いて、点間距離演算部20a-2は、ステップS100で取得した施工目標面とステップS130で算出した参照点の位置との最短距離(距離a)を算出する(ステップS140)。 Subsequently, the point-to-point distance calculator 20a-2 calculates the shortest distance (distance a) between the construction target plane acquired in step S100 and the position of the reference point calculated in step S130 (step S140).

続いて、精度判定部20a-3は、ステップS100で取得した施工目標面と許容誤差との差bと、ステップS130で算出した参照点の分散σと、ステップS140で算出した距離aとを用いて、確率密度関数の許容下限よりも小さい範囲の積分値(逸脱確率Pdev)を算出し、逸脱確率Pdevが閾値Psetよりも小さいか否かを判定する(ステップS250)。 Subsequently, the accuracy determination unit 20a-3 uses the difference b between the construction target surface and the allowable error obtained in step S100, the variance σ of the reference points calculated in step S130, and the distance a calculated in step S140. Then, an integral value (deviation probability Pdev) in a range smaller than the allowable lower limit of the probability density function is calculated, and it is determined whether or not the deviation probability Pdev is smaller than the threshold value Pset (step S250).

ステップS250での判定結果がNOの場合には、低精度警告フラグを無効化し(ステップS151)、処理を終了する。また、ステップS250での判定結果がYESの場合には、低精度警告フラグを有効化し(ステップS160)、処理を終了する。 If the determination result in step S250 is NO, the low accuracy warning flag is invalidated (step S151), and the process ends. If the determination result in step S250 is YES, the low accuracy warning flag is enabled (step S160), and the process ends.

その他の構成は第1の実施の形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The same effects as those of the first embodiment can be obtained in the present embodiment configured as described above.

<第3の実施の形態>
本発明の第3の実施の形態を図14を参照しつつ説明する。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施の形態は、低精度状態の判定(精度状態判定処理)に作業モードを用いる場合を示すものである。 This embodiment shows a case where the work mode is used for the determination of the low-accuracy state (accuracy state determination processing).

図14は、本実施の形態に係るコントローラの処理機能の詳細を模式的に示す図である。図中、第1及び第2の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。 FIG. 14 is a diagram schematically showing the details of the processing functions of the controller according to this embodiment. In the figure, members similar to those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図14において、ポジショニング演算部20aは、3次元姿勢演算部20a-1と、点間距離演算部20a-2と、精度判定部20a-3とを有している。 In FIG. 14, the positioning calculation unit 20a has a three-dimensional posture calculation unit 20a-1, a point-to-point distance calculation unit 20a-2, and an accuracy determination unit 20a-3.

精度判定部20a-3は、タブレット端末30を介して入力される作業モードと、許容誤差と、点間距離演算部20a-2で演算された距離と、3次元姿勢演算部20a-1で演算された参照点分散とに基づいて、3次元姿勢演算部20a-1で演算した3次元姿勢情報がマシンガイダンス、マシンコントロールに利用するのに必要な精度を有するか否かを判定する。精度判定部20a-3は、3次元姿勢情報が十分な精度を有すると判定した場合には、その旨を示すフラグをモニタ表示制御部20b及び油圧システム制御部20cに出力する。また、精度判定部20a-3は、3次元姿勢情報が十分な精度を有しないと判定した場合には、モニタ表示制御部20b及び油圧システム制御部20cに低精度警告フラグを送信し、マシンガイダンスおよびマシンコントロールを中断させる。 The accuracy determination unit 20a-3 calculates the work mode input via the tablet terminal 30, the allowable error, the distance calculated by the point-to-point distance calculation unit 20a-2, and the three-dimensional posture calculation unit 20a-1. Based on the calculated reference point dispersion, it is determined whether or not the three-dimensional posture information calculated by the three-dimensional posture calculation section 20a-1 has the accuracy required for use in machine guidance and machine control. When the accuracy determination unit 20a-3 determines that the three-dimensional posture information has sufficient accuracy, it outputs a flag to that effect to the monitor display control unit 20b and the hydraulic system control unit 20c. Further, when the accuracy determination unit 20a-3 determines that the three-dimensional posture information does not have sufficient accuracy, the accuracy determination unit 20a-3 transmits a low accuracy warning flag to the monitor display control unit 20b and the hydraulic system control unit 20c, and performs machine guidance. and disrupt machine control.

図14に示すように、本実施の形態においては、オペレータはタブレット端末30で作業モードを選択する。作業モードは、例えば、粗掘削作業と仕上げ作業などユーザが直感的に理解できる名称にしておく。精度判定部20a-3は、タブレット端末30で設定された作業モードに対応する許容誤差(第1の実施の形態を参照)や閾値(第2の実施の形態を参照)を予め記憶しており、設定された作業モードに基づいて許容誤差や閾値を選択することで精度判定処理を行う。例えば、作業モードとして粗掘削モードが設定されている場合には、許容誤差の値が20cmに設定され、仕上げモードが設定されている場合には許容誤差の値が3cmに設定される。 As shown in FIG. 14, in this embodiment, the operator selects a work mode using the tablet terminal 30 . The work modes are given names that can be intuitively understood by the user, such as rough excavation work and finishing work. The accuracy determination unit 20a-3 stores in advance the allowable error (see the first embodiment) and the threshold (see the second embodiment) corresponding to the work mode set on the tablet terminal 30. , the accuracy determination process is performed by selecting the allowable error and the threshold value based on the set work mode. For example, when the rough excavation mode is set as the work mode, the allowable error value is set to 20 cm, and when the finishing mode is set, the allowable error value is set to 3 cm.

その他の構成は第1及び第2の実施の形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the first and second embodiments.

以上のように構成した本実施の形態においても第1及び第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The same effects as those of the first and second embodiments can be obtained in this embodiment configured as described above.

また、第1及び第2の実施の形態においては、精度判定処理に用いる基準値としての許容誤差や閾値をオペレータが設定する場合を例示して説明したが、この場合には設定の自由度が高まるので作業現場に応じた使い方をユーザが選択することが可能になるものの、操作に不慣れなユーザにとっては自由度の高さが逆に使い勝手の悪さ(操作の難しさ)につながる可能性があった。そこで、本実施の形態においては、ユーザによる設定項目をできるだけ減らすことにより、使い勝手を向上することができる。 Further, in the first and second embodiments, the case where the operator sets the allowable error and the threshold as the reference values used in the accuracy determination process has been described as an example. Therefore, although the user can select the usage according to the work site, the high degree of freedom may lead to poor usability (difficulty in operation) for users who are unfamiliar with the operation. rice field. Therefore, in the present embodiment, usability can be improved by reducing the number of setting items by the user as much as possible.

<第4の実施の形態>
本発明の第4の実施の形態を図15及び図16を参照しつつ説明する。
<Fourth Embodiment>
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16. FIG.

本実施の形態は、GNSSアンテナを1つのみ設置している油圧ショベルにおいて低精度状態の判定(精度判定処理)を行う場合を示すものである。 This embodiment shows a case where a hydraulic excavator having only one GNSS antenna is used to determine a low-accuracy state (accuracy determination processing).

図15は、本実施の形態に係るコントローラの処理機能の詳細を模式的に示す図である。また、図16は、方位角の算出方法を説明する図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。 FIG. 15 is a diagram schematically showing the details of the processing functions of the controller according to this embodiment. Moreover, FIG. 16 is a figure explaining the calculation method of an azimuth. In the figure, the same reference numerals are given to the same members as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

本実施の形態においては、図16に示すように、上部旋回体2の上部に1つのGNSSアンテナ17aが配置されている場合を例示して説明する。 In this embodiment, as shown in FIG. 16, a case where one GNSS antenna 17a is arranged on the upper part of the upper rotating body 2 will be described as an example.

図15において、ポジショニング演算部20aは、3次元姿勢演算部20a-1と、点間距離演算部20a-2と、精度判定部20a-3と、方位角演算部20a-4とを有している。 In FIG. 15, the positioning calculation unit 20a includes a three-dimensional posture calculation unit 20a-1, a point-to-point distance calculation unit 20a-2, an accuracy determination unit 20a-3, and an azimuth calculation unit 20a-4. there is

方位角演算部20a-4は、タブレット端末30を介して入力される補正量と、車体IMU13の検出結果とに基づいて、上部旋回体2の方位角および分散を演算し、3次元姿勢演算部20a-1に出力する。 The azimuth angle calculation unit 20a-4 calculates the azimuth angle and dispersion of the upper swing body 2 based on the correction amount input via the tablet terminal 30 and the detection result of the vehicle body IMU 13, and calculates the three-dimensional posture calculation unit. Output to 20a-1.

GNSSアンテナが1つしかない場合は、GNSSシステム17は方位角を算出することができない。そこで、本実施の形態においては、上部旋回体2に設けられた車体IMU13の検出値である角速度を積分することにより、上部旋回体2の方位角を算出する。このとき、車体IMU13で取得できる角度は上部旋回体2の旋回角度であるため、現場座標における方位角を直接的に取得できない。つまり、車体IMU13で取得した旋回角度を現場座標における方位角に変換する必要がある。 If there is only one GNSS antenna, the GNSS system 17 cannot calculate the azimuth angle. Therefore, in the present embodiment, the azimuth angle of the upper structure 2 is calculated by integrating the angular velocity detected by the vehicle body IMU 13 provided in the upper structure 2 . At this time, since the angle that can be obtained by the vehicle body IMU 13 is the turning angle of the upper turning body 2, the azimuth angle in the field coordinates cannot be obtained directly. That is, it is necessary to convert the turning angle acquired by the vehicle body IMU 13 into an azimuth angle in the field coordinates.

この変換には、例えば、図14に示すように、3次元座標が分かっている既知点を作業現場に用意し、この既知点にバケット6の爪先(例えば、参照点)を合わせた状態で3次元姿勢演算部20a-1で演算される参照点の座標と既知点の座標とが一致するように算出した補正量を用いればよい。そして、この補正量をタブレット端末30などの記憶領域に記憶して補正情報として利用すれば、3次元姿勢演算部20a-1において参照点の3次元座標、及び、分散を算出することができる。 For this conversion, for example, as shown in FIG. 14, a known point whose three-dimensional coordinates are known is prepared on the work site, and the toe of the bucket 6 (for example, a reference point) is aligned with this known point. A correction amount calculated so that the coordinates of the reference point calculated by the dimensional orientation calculation unit 20a-1 and the coordinates of the known point match may be used. By storing this correction amount in a storage area of the tablet terminal 30 or the like and using it as correction information, the three-dimensional coordinates and variance of the reference point can be calculated in the three-dimensional attitude calculation section 20a-1.

なお、方位角演算部20a-4は衛星測位を実行しないため、衛星配置などによるばらつきの影響を受けないが、車体IMU13のジャイロバイアスの影響により方位角の算出精度に不確定性を持つ。このため、方位角演算部20a-4では補正量の演算からの経過時間によって方位角の分散を大きくするように構成している。 Since the azimuth angle calculator 20a-4 does not perform satellite positioning, it is not affected by variations due to satellite placement, etc., but the gyro bias of the vehicle body IMU 13 has an effect on the azimuth angle calculation accuracy. For this reason, the azimuth angle calculator 20a-4 is configured to increase the dispersion of the azimuth angle according to the elapsed time from the calculation of the correction amount.

3次元姿勢演算部20a-1は、上部旋回体2及びフロント作業機1に取り付けられた慣性計測装置13~16で取得した姿勢情報と、GNSSシステム17で算出された位置情報および分散と、方位角演算部20a-4で算出された方位角および分散とを入力として、油圧ショベル100の3次元空間における姿勢(すなわち、3次元姿勢情報)を算出する。3次元姿勢情報演算部20a-1で演算された姿勢情報はモニタ表示制御部20b、油圧システム制御部20c、及び、作業目標面演算部20dに出力されてマシンガイダンスやマシンコントロールの演算に利用される。 The three-dimensional attitude calculation unit 20a-1 uses attitude information acquired by the inertial measurement devices 13 to 16 attached to the upper rotating body 2 and the front work machine 1, position information and variance calculated by the GNSS system 17, and azimuth The azimuth angle and dispersion calculated by the angle calculator 20a-4 are used as inputs to calculate the posture of the hydraulic excavator 100 in the three-dimensional space (that is, the three-dimensional posture information). Posture information calculated by the three-dimensional posture information calculation unit 20a-1 is output to the monitor display control unit 20b, the hydraulic system control unit 20c, and the work target surface calculation unit 20d, and is used for calculation of machine guidance and machine control. be.

その他の構成は第1の実施の形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The same effects as those of the first embodiment can be obtained in the present embodiment configured as described above.

また、GNSSシステムが有するGNSSアンテナが1つのみであって方位角の演算機能を有しない安価な構成であっても、本発明を適用することが可能である。 In addition, the present invention can be applied even in an inexpensive configuration in which the GNSS system has only one GNSS antenna and does not have an azimuth calculation function.

次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。 Next, features of each of the above embodiments will be described.

(1)上記の実施の形態では、下部走行体3と、前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体2と、前記上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数のフロント部材(例えば、ブーム4、アーム5、バケット6)からなる多関節型のフロント作業機1と、前記上部旋回体及び前記フロント作業機に設けられ、前記上部旋回体及び前記フロント作業機の姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置(例えば、慣性計測装置13~16)と、前記上部旋回体に設けられ、前記上部旋回体の位置情報及び前記位置情報の分散を測位衛星からの測位信号を用いて検出する位置情報検出装置(例えば、GNSSシステム17)と、前記姿勢情報検出装置で検出した姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出した位置情報とに基づいて、オペレータへの作業案内を行うガイダンスシステムとを備えた作業機械(例えば、油圧ショベル100)において、前記ガイダンスシステムは、前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出された位置情報の分散とに基づいて、前記フロント作業機に設定された参照点の位置の分散を算出し、前記参照点の位置の分散を予め定めた統計手法で近似的に座標変換することにより求めた位置と前記参照点との距離が、予め定めた作業目標面と前記参照点との距離と前記作業目標面について予め定めた許容誤差との和よりも大きい場合には低精度状態であると判定する前記参照点の位置の精度判定処理を行い、前記精度判定処理で低精度状態であると判定した場合には、その旨を前記オペレータに通知するものとした。
(2)また、下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数のフロント部材からなる多関節型のフロント作業機と、前記上部旋回体及び前記フロント作業機に設けられ、前記上部旋回体及び前記フロント作業機の姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置と、前記上部旋回体に設けられ、前記上部旋回体の位置情報及び前記位置情報の分散を測位衛星からの測位信号を用いて検出する位置情報検出装置と、前記姿勢情報検出装置で検出した姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出した位置情報とに基づいて、オペレータへの作業案内を行うガイダンスシステムとを備えた作業機械において、前記ガイダンスシステムは、前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出された位置情報の分散とに基づいて、前記フロント作業機に設定された参照点の位置の分散を算出し、前記参照点の位置の分散に基づいて前記参照点の位置を平均値とする正規分布に従う確率密度関数における予め定めた作業目標面の許容誤差以下の領域の積分値である逸脱確率を算出し、前記逸脱確率が予め定めた閾値よりも大きい場合には低精度状態であると判定する前記参照点の位置の精度判定処理を行い、前記精度判定処理で低精度状態であると判定した場合には、その旨を前記オペレータに通知するものとした。
(1) In the above embodiment, the lower traveling body 3, the upper revolving body 2 provided so as to be able to revolve with respect to the lower traveling body, and the upper revolving body attached to and rotatably connected to the upper revolving body An articulated front working machine 1 comprising a plurality of front members (e.g., boom 4, arm 5, bucket 6); an attitude information detection device (for example, inertial measurement devices 13 to 16) that detects attitude information that is information about the attitude of the upper slewing body; A position information detection device (for example, the GNSS system 17) that detects using positioning signals from satellites, and based on the attitude information detected by the attitude information detection device and the position information detected by the position information detection device, the operator In a work machine (for example, a hydraulic excavator 100) equipped with a guidance system that guides work to a position, the guidance system detects posture information detected by the posture information detection device and a position detected by the position information detection device. Based on the dispersion of information, the dispersion of the positions of the reference points set on the front working machine is calculated , and the dispersion of the positions of the reference points is obtained by approximately coordinate transformation using a predetermined statistical method. If the distance between the position and the reference point is greater than the sum of the distance between the predetermined work target plane and the reference point and the predetermined allowable error for the work target plane, it is determined that the state is in a low-accuracy state. If the accuracy determination process determines that the position of the reference point is in a low-accuracy state, the operator is notified to that effect.
(2) Further, a multi-function system comprising a lower traveling body, an upper revolving body provided so as to be able to turn with respect to the lower traveling body, and a plurality of front members attached to the upper revolving body and rotatably connected to each other. an articulated front work machine; an attitude information detection device provided in the upper revolving body and the front work machine for detecting attitude information that is information relating to the attitudes of the upper revolving body and the front work machine; and the upper revolving body. a position information detection device provided on the body for detecting position information of the upper slewing structure and dispersion of the position information using positioning signals from positioning satellites; and attitude information detected by the attitude information detection device and the position information. and a guidance system that provides work guidance to an operator based on position information detected by a detection device, wherein the guidance system detects the position information and the posture information detected by the posture information detection device. calculating the variance of the positions of the reference points set on the front working machine based on the variance of the position information detected by the device, and averaging the positions of the reference points based on the variance of the positions of the reference points; Calculate the deviation probability, which is the integrated value of the area below the predetermined tolerance of the work target surface in the probability density function that follows the normal distribution, and if the deviation probability is greater than the predetermined threshold, the low-accuracy state Accuracy determination processing of the position of the reference point determined to be present is performed, and if the accuracy determination processing determines that the reference point is in a low-accuracy state, the operator is notified to that effect.

このように構成することにより、測位衛星からの測位信号を用いる位置検出装置による測位精度を適切に評価することによって、施工精度の確保と作業効率低下の抑制とを両立することができる。 With this configuration, by appropriately evaluating the positioning accuracy of the position detection device that uses the positioning signals from the positioning satellites, it is possible to ensure construction accuracy and suppress a decrease in work efficiency.

(3)また、上記の実施の形態では、(1)又は(2)の作業機械(例えば、油圧ショベル100)において、前記ガイダンスシステムは、前記低精度状態であると判定した場合には、前記作業案内を停止するものとした。 (3) In the above embodiment, in the working machine (eg, hydraulic excavator 100) of (1) or (2) , when the guidance system determines that the low-accuracy state is Work guidance was to be suspended.

(4)また、上記の実施の形態では、(1)又は(2)の作業機械(例えば、油圧ショベル100)において、姿勢情報検出装置(例えば、慣性計測装置13~16)は、姿勢情報として前記上部旋回体2の方位角を含む情報を検出し、前記ガイダンスシステムは、前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報と前記位置情報検出装置(例えば、GNSSシステム17)で検出された位置情報の分散とに基づいて、前記フロント作業機1に設定された参照点の位置の分散を算出し、前記参照点の位置の分散に基づいて前記参照点の位置の精度判定処理を行うものとした。 (4) In the above embodiments, in the working machine (eg, hydraulic excavator 100) of (1) or (2) , the posture information detection device (eg, inertial measurement devices 13 to 16) uses Information including the azimuth angle of the upper swing body 2 is detected, and the guidance system detects the attitude information detected by the attitude information detection device and the position information detected by the position information detection device (for example, the GNSS system 17). and the variance of the positions of the reference points set on the front working machine 1 is calculated, and the accuracy determination processing of the positions of the reference points is performed based on the variance of the positions of the reference points. .

(5)また、上記の実施の形態では、(1)又は(2)の作業機械(例えば、油圧ショベル100)において、前記ガイダンスシステムは、前記姿勢情報検出装置(例えば、慣性計測装置13~16)で検出された姿勢情報と前記位置情報検出装置(例えば、GNSSシステム17)で検出された位置情報の分散とに基づいて、前記フロント作業機1に設定された参照点の位置の分散を算出し、前記参照点の位置の分散に予め定めた倍率設定値を乗算した値に基づいて前記参照点の位置の精度判定処理を行うものとした。 (5) In the above embodiments, in the working machine (eg, hydraulic excavator 100) of (1) or (2) , the guidance system includes the posture information detection device (eg, inertial measurement devices 13 to 16 ) and the dispersion of the position information detected by the position information detection device (for example, the GNSS system 17), the dispersion of the positions of the reference points set on the front work implement 1 is calculated. Then, the accuracy determination processing of the positions of the reference points is performed based on a value obtained by multiplying the dispersion of the positions of the reference points by a predetermined magnification setting value.

(6)また、上記の実施の形態では、(1)又は(2)の作業機械(例えば、油圧ショベル100)において、前記ガイダンスシステムは、作業モードに応じて前記精度判定処理における判定条件を変更するものとした。 (6) Further, in the above embodiment, in the working machine (for example, the hydraulic excavator 100) of (1) or (2) , the guidance system changes the determination conditions in the accuracy determination process according to the work mode. shall be.

<付記>
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
<Appendix>
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and combinations within the scope of the invention. Moreover, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted. Further, each of the above configurations, functions, etc. may be realized by designing a part or all of them, for example, with an integrated circuit. Moreover, each of the above configurations, functions, etc. may be realized by software by a processor interpreting and executing a program for realizing each function.

1…フロント作業機、2…上部旋回体、2a…旋回モータ、3…下部走行体、3a…走行モータ、4…ブーム、4a…ブームシリンダ、5…アーム、5a…アームシリンダ、6…バケット、6a…バケットシリンダ、7…油圧ポンプ装置、8…コントロールバルブ、9…運転室、9a,9b…操作レバー(操作装置)、13~16…慣性計測装置(IMU)、17…GNSSシステム、17a,17b…GNSSアンテナ(受信アンテナ)、17c…GNSS受信機、20…コントローラ、20a…ポジショニング演算部、20a-1…3次元姿勢演算部、20a-2…点間距離演算部、20a-3…精度判定部、20a-4…方位角演算部、20b…モニタ表示制御部、20c…油圧システム制御部、20d…作業目標面演算部、21…施工情報、30…モニタ(タブレット端末)、100…油圧ショベル REFERENCE SIGNS LIST 1 front work machine 2 upper revolving body 2a revolving motor 3 lower traveling body 3a traveling motor 4 boom 4a boom cylinder 5 arm 5a arm cylinder 6 bucket 6a... Bucket cylinder, 7... Hydraulic pump device, 8... Control valve, 9... Driver's cab, 9a, 9b... Operation lever (operating device), 13 to 16... Inertial measurement unit (IMU), 17... GNSS system, 17a, 17b ... GNSS antenna (receiving antenna), 17c ... GNSS receiver, 20 ... controller, 20a ... positioning calculation unit, 20a-1 ... three-dimensional attitude calculation unit, 20a-2 ... inter-point distance calculation unit, 20a-3 ... accuracy Determination unit 20a-4 Azimuth calculation unit 20b Monitor display control unit 20c Hydraulic system control unit 20d Work target plane calculation unit 21 Construction information 30 Monitor (tablet terminal) 100 Hydraulic pressure Excavator

Claims (6)

下部走行体と、
前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数のフロント部材からなる多関節型のフロント作業機と、
前記上部旋回体及び前記フロント作業機に設けられ、前記上部旋回体及び前記フロント作業機の姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置と、
前記上部旋回体に設けられ、前記上部旋回体の位置情報及び前記位置情報の分散を測位衛星からの測位信号を用いて検出する位置情報検出装置と、
前記姿勢情報検出装置で検出した姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出した位置情報とに基づいて、オペレータへの作業案内を行うガイダンスシステムとを備えた作業機械において、
前記ガイダンスシステムは、前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出された位置情報の分散とに基づいて、前記フロント作業機に設定された参照点の位置の分散を算出し、前記参照点の位置の分散を予め定めた統計手法で近似的に座標変換することにより求めた位置と前記参照点との距離が、予め定めた作業目標面と前記参照点との距離と前記作業目標面について予め定めた許容誤差との和よりも大きい場合には低精度状態であると判定する前記参照点の位置の精度判定処理を行い、前記精度判定処理で低精度状態であると判定した場合には、その旨を前記オペレータに通知することを特徴とする作業機械。
a lower running body;
an upper revolving body provided so as to be able to revolve with respect to the lower running body;
an articulated front working machine, which is attached to the upper revolving structure and includes a plurality of rotatably connected front members;
an attitude information detection device provided in the upper revolving body and the front work machine for detecting attitude information, which is information relating to the attitudes of the upper revolving body and the front work machine;
a position information detection device provided on the upper slewing body for detecting the position information of the upper slewing body and the dispersion of the position information using positioning signals from positioning satellites;
A working machine comprising a guidance system that provides work guidance to an operator based on posture information detected by the posture information detection device and position information detected by the position information detection device,
The guidance system calculates the dispersion of the positions of the reference points set on the front working machine based on the orientation information detected by the orientation information detection device and the dispersion of the position information detected by the position information detection device. The distance between the reference point and the position obtained by approximately coordinate-transforming the dispersion of the positions of the reference points by a predetermined statistical method is the distance between the predetermined work target plane and the reference points. and a predetermined allowable error with respect to the work target surface. A working machine characterized by notifying the operator of the fact when it is determined that the
下部走行体と、
前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数のフロント部材からなる多関節型のフロント作業機と、
前記上部旋回体及び前記フロント作業機に設けられ、前記上部旋回体及び前記フロント作業機の姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置と、
前記上部旋回体に設けられ、前記上部旋回体の位置情報及び前記位置情報の分散を測位衛星からの測位信号を用いて検出する位置情報検出装置と、
前記姿勢情報検出装置で検出した姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出した位置情報とに基づいて、オペレータへの作業案内を行うガイダンスシステムとを備えた作業機械において、
前記ガイダンスシステムは、前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出された位置情報の分散とに基づいて、前記フロント作業機に設定された参照点の位置の分散を算出し、前記参照点の位置の分散に基づいて前記参照点の位置を平均値とする正規分布に従う確率密度関数における予め定めた作業目標面の許容誤差以下の領域の積分値である逸脱確率を算出し、前記逸脱確率が予め定めた閾値よりも大きい場合には低精度状態であると判定する前記参照点の位置の精度判定処理を行い、前記精度判定処理で低精度状態であると判定した場合には、その旨を前記オペレータに通知することを特徴とする作業機械。
a lower running body;
an upper revolving body provided so as to be able to revolve with respect to the lower running body;
an articulated front working machine, which is attached to the upper revolving structure and includes a plurality of rotatably connected front members;
an attitude information detection device provided in the upper revolving body and the front work machine for detecting attitude information, which is information relating to the attitudes of the upper revolving body and the front work machine;
a position information detection device provided on the upper slewing body for detecting the position information of the upper slewing body and the dispersion of the position information using positioning signals from positioning satellites;
A working machine comprising a guidance system that provides work guidance to an operator based on posture information detected by the posture information detection device and position information detected by the position information detection device,
The guidance system calculates the dispersion of the positions of the reference points set on the front working machine based on the orientation information detected by the orientation information detection device and the dispersion of the position information detected by the position information detection device. A deviation probability is calculated based on the dispersion of the reference point positions and is an integral value of the area below the predetermined tolerance of the work target surface in the probability density function according to the normal distribution with the position of the reference point as the mean value. If the deviation probability is greater than a predetermined threshold value, the reference point position accuracy determination process is performed to determine the low-accuracy state, and the low-accuracy state is determined in the accuracy determination process. A working machine characterized by notifying the operator to that effect, if any.
請求項1又は2に記載の作業機械において、
前記ガイダンスシステムは、前記低精度状態であると判定した場合には、前記作業案内を停止することを特徴とする作業機械。
The working machine according to claim 1 or 2 ,
The working machine, wherein the guidance system stops the work guidance when it is determined that the low-accuracy state is present.
請求項1又は2に記載の作業機械において、
姿勢情報検出装置は、姿勢情報として前記上部旋回体の方位角を含む情報を検出し、
前記ガイダンスシステムは、前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出された位置情報の分散とに基づいて、前記フロント作業機に設定された参照点の位置の分散を算出し、前記参照点の位置の分散に基づいて前記参照点の位置の精度判定処理を行うことを特徴とする作業機械。
The working machine according to claim 1 or 2 ,
The attitude information detection device detects information including an azimuth angle of the upper swing body as attitude information,
The guidance system calculates the dispersion of the positions of the reference points set on the front working machine based on the orientation information detected by the orientation information detection device and the dispersion of the position information detected by the position information detection device. A working machine, wherein accuracy determination processing of the positions of the reference points is performed based on the dispersion of the positions of the reference points.
請求項1又は2に記載の作業機械において、
前記ガイダンスシステムは、前記姿勢情報検出装置で検出された姿勢情報と前記位置情報検出装置で検出された位置情報の分散とに基づいて、前記フロント作業機に設定された参照点の位置の分散を算出し、前記参照点の位置の分散に予め定めた倍率設定値を乗算した値に基づいて前記参照点の位置の精度判定処理を行うことを特徴とする作業機械。
The working machine according to claim 1 or 2 ,
The guidance system calculates the dispersion of the positions of the reference points set on the front working machine based on the orientation information detected by the orientation information detection device and the dispersion of the position information detected by the position information detection device. A working machine according to claim 1, wherein accuracy determination processing of the positions of the reference points is performed based on a value obtained by multiplying the dispersion of the positions of the reference points by a predetermined magnification setting value.
請求項1又は2に記載の作業機械において、
前記ガイダンスシステムは、作業モードに応じて前記精度判定処理における判定条件を変更することを特徴とする作業機械。
The working machine according to claim 1 or 2 ,
The working machine, wherein the guidance system changes the determination conditions in the accuracy determination process according to the work mode.
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